Автор: Попилов Л.Я.
Теги: формообразование со снятием стружки молоты и прессы разделительные операции без образования стружки, дробление и измельчение, обработка листового материала, изготовление резьбы общая технология основы промышленного производства обработка металлов издательство машиностроение элеектрофизика электрохимическая обработка серия справочник для рабочих
Год: 1982
Текст
Л.Я. попилов
Электрофизическая
и электрохимическая
обработка
материалов
Серия
справочников
для рабочих
| Л.Я.ПОПИЛОВ
Электрофизическая
и электрохимическая
обработка
материалов
СПРАВОЧНИК
Издание второе, переработанное
и дополненное
Москва
«Машиностроение»,
ББК 30.614
П57
УДК 621.9.047 + 621.9.048 (031)
Рецензент д-р техн, наук А. Л. Лившиц
Попилов Д. Я.
П57 Электрофизическая и электрохимическая обра-
ботка материалов: Справочник — 2-е изд., перераб.
и доп. — М.: Машиностроение, 1982. — 400 с., ил.
(Серия справочников для рабочих).
В пер. 1 р. 70 к.
Приведены данные о методах, режимах, технологии, оснастке«
инструменте, оборудовании и областях применения электрофизикохи-
мических и комбинированных методах обработки материалов.
Второе издание (1-е изд. 1969 г.) переработано и дополнено новы-
ми сведениями с учетом современного состояния электрообработки и
требований Единых тарифно-квалификационных справочников (ЕТКС).
Для мастеров и квалифицированных рабочих участков и цехов
электрообработки, может быть полезен студентам техникумов и проф-
техучилищ.
2704050000-109 ББК30.614
1 038(01)-82 6П4.4
© Издательство «Машиностроение», 1982 р.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ................................... 5
ЧА СТ Ь 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
Глава /. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО........... 8
Список литературы....................... 13
Глава 2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ
МЕТОДОВ ЭФХКО .......................... 14
Список литературы ..................... 23
Ч А С Т Ь II
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ
ВОЗДЕЙСТВИИ
Глава 3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИ-
МОСТИ ........................................ 27
Список литературы ...................... 35
Глава 4. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХ-
НОСТИ ........................................ 36
Список литературы....................... 52
Глава 5. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТ-
КА ........................................... 53
Список литературы ...................... 85
ЧАСТЬ III
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Глава 6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМО-
СТИ 88
Список литературы ...................... 91
Глава 7. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА .... 92
Список литературы ..................... 154
Глава 8. ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА ............... 156
Список литературы ..................... 167
1*
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 9. СВЕТОЛУЧЕВАЯ (ЛАЗЕРНАЯ) ОБРАБОТКА . . 167
Список литературы ....................... 183
Глава 10. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА ... 184
Список литературы ..................... 196
ЧАСТЬ IV
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИМПУЛЬСНОМ
МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Глава 11. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИ-
МОСТИ.............................. 197
Глава 12. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА........ 198
Список литературы ...................... 263
Глава 13. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА . . 265
Список литературы ...................... 278
Глава 14. МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА . . 280
Список литературы ...................... 297
ЧА СТ Ь V
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
Глава 15. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ
ОБРАБОТКА.................................... 299
Список литературы .................... 342
Глава 16. ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ
ОБРАБОТКА.................................... 343
Список литературы ...................... 351
Глава 17. УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ
ОБРАБОТКА.................................... 352
Список литературы ...................... 374
Глава 18. ПЛАЗМЕННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА 375
Список литературы ...................... 380
Глава 19. МАГНИТНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРА-
БОТКА ....................................... 380
Список литературы ..................... 389
Глава 20. НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ ... 390
Список литературы ...................... 399
ПРЕДИСЛОВИЕ
В числе прогрессивных технологических направлений, обусловли-
вающих и обеспечивающих научно-технический прогресс металло-
обработки, одно из первых мест занимают методы электрофизической
и электрохимической обработки материалов, с каждым годом все более
широко, используемые в промышленности и дающие большой экономи-
ческий эффект.
Второе издание справочника (первое издание 1969 г.), полностью
обновлено по содержанию и изменено по структуре. Необходимость
полной переработки явилась следствием научно-технического прогресса
в области электротехнологии, практически полного обновления мате-
риальной базы методов электрофизической и электрохимической обра-
ботки и промышленного освоения значительного числа новых методов,
которые к моменту выхода первого издания еще не имели практического
применения. В частности, это относится к методам электрохимической
размерной обработки, комбинированным и лучевым методам и некото-
рым другим.
При внесении изменений в состав и содержание справочника учиты-
валось, что общая и профессиональная подготовка будущих читателей
в области своей специальности заметно возросла за последнее десяти-
летие. На предприятия пришло значительное число рабочих, получив-
ших в профтехучилищах специальность электротехнолога. Соответ-
ственно этому несколько сокращена доля сведений, знакомящих с осно-
вами рассматриваемых методов.
Одной из задач, поставленных автором при подборе материалов для
данного справочника, было максимальное насыщение его примерами
практического использования рассматриваемых методов с тем, чтобы
подобные сведения способствовали пропаганде возможностей электро-
физической и электрохимической обработки.
часть i
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
Под общим названием «электротехнология» объединены разнооб-
разные технологические процессы, отличительной особенностью кото-
рых является использование электрической энергии для осуществле-
ния требуемых технологических преобразований материала (измене-
ния состояния, состава, формы, эксплуатационных свойств и т. п.).
Четко фиксированных границ электротехнология как обособленная
область технологии не имеет, однако практически принято относить
к ней следующие процессы и методы:
1) электрическую сварку (дуговую, контактную, электрошлаковую
и др.);
2) гальваническое осаждение металлопокрытий (гальваностегию,
гальванопластику);
3) индукционный и диэлектрический нагрев токами повышенной
и высокой частоты (плавку, пайку, сушку, термическую обработку
и др.);
4) методы электронно-ионной технологии (электростатическую
окраску, электрофорез и др.);
5; электрохимическое образование конверсионных покрытий1
(анодирование и др.);
6) методы электрофизикохимической и комбинированной обра-
ботки материалов (ЭФХКО) *.
Перечень наименований методов.и операций ЭФХКО и их условные
обозначения, как рекомендуемые ГОСТами, так и принятые в данном
справочнике, приведены ниже.
ААБО — анодно-абразивная обработка
ААБП — анодно-абразивное полирование
АБЭХО — абразивно-электрохимическая обработка
АБЭЭО — абразивно-электроэрозионная обработка
АЛЭХО — алмазно-электрохимическая обработка
АЛЭХШ — алмазно-электрохимическое шлифование
АЛЭЭО — алмазно-электроэрозионная обработка
АЛЭЭШ — алмазно-электроэрозионное шлифование
АМО — анодно-механическая обработка
АМР — анодно-механическое резание
АМШ — анодно-механическое шлифование
^4АО — магнитно-абразивная обработка
* Вместо применявшегося ранее названия «электрофизическая и электро-
химическая обработка» (ЭФЭХ) с 1981 г. вводится название «Электрофизи-
ческие и комбинированные методы обработки» (ЭФХКО).
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
7
МИО — магнитно-импульсная обработка
МКО — магнитная комбинированная обработка
НЭ — нагрев в электролите
ОКД — обработка короткой дугой (разновидность ЭЭО)
ПЗО — плазменная обработка
ПЗМО — плазменно-механическая обработка
ПЗКО — плазменная комбинированная обработка
СЛО — светолучевая (лазерная) обработка
КМО -— комбинированные методы обработки
УЗДО — деформационная обработка с вводом ультразвуковых
колебаний
УЗМР — механическое резание с вводом ультразвуковых коле-
баний
УЗМС —- механическое сверление с вводом ультразвуковых ко-
лебаний
УЗМТ — механическое точение с вводом ультразвуковых коле-
баний
УЗМШ — механическое (абразивное) шлифование с вводом ультра-
звуковых колебаний
УЗНР — нарезание резьбы с вводом ультразвуковых колебаний
УЗО — ультразвуковая обработка
УЗП — ультразвуковая пайка
УЗР — ультразвуковое резание
УЗС — ультразвуковая сварка
УЗКО — ультразвуковая комбинированная обработка
УЗСФ — суперфиниш с вводом ультразвуковых колебаний
УЗУПР — ультразвуковое упрочнение
УЗШ — ультразвуковое шлифование
ЭАБО — электроабразивная обработка
ЭАБШ — электроабразивное шлифование
ЭАЛЗ — электроалмазная заточка
ЭАЛО — электроалмазная обработка
ЭГО — электрогидравлическая обработка
ЭИМ — электроимпульсная обработка (разновидность ЭЭО)
ЭИС — электроискровая обработка (разновидность ЭЭО)
ЭКАР — электроконтактно-абразивное резание
ЭКО — электроконтактная обработка (разновидность ЭЭО)
ЭКУЗ — электроконтактно-ультразвуковая обработка
ЭЛО — электронно-лучевая < бработка
ЭМТ — электромеханическое точение
ЭХАХО — электрохимическое алмазное хонингование
ЭХАЭО — электрохимико-абразивно-электроэрозионная обработка
ЭХГ — электрохимическое глянцевание
ЭХЗ — электрохимическая зачистка
ЭХО — электрохимическая обработка
ЭХОП — электрохимическая отделка поверхности
ЭХП — электрохимическое полирование
ЭХРО — электрохимическая размерная обработка
ЭХКО — электрохимическая комбинированная обработка
ЭХТ — электрохимическое травление
ЭХУЗ — электрохимико-ультразвуковая обработка
ЭХШ — электрохимическое шлифование
ЭЭО — электроэрозионная обработка
8
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
ЭЭКО — электроэрозионная комбинированная обработка
ЭЭУЗ — электроэрозионно-ультразвуковая обработка
ЭЭХАБ — электроэрозионнохимическая-электроабразивная обра-
ботка
ЭЭХАЛ — электроэрозионнохимическая-электроалмазная обработка
ЭЭХО — электроэрозионно-электрохимическая обработка
ЭЭХР — электроэрозионно-электрохимическое резание
Глава 1
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО
К методам ЭФХКО относят различные по схемному и аппаратур-
ному оформлению и назначению методы обработки, основанные на ис-
пользовании электрической энергии или специфических физических
явлений, создаваемых этой энергией, для удаления материала и (или)
формоизменения обрабатываемой заготовки.
На схеме 1 перечислены методы ЭФХКО, сгруппированные по ха-
рактеру основных реализуемых электрохимических или электрофизи-
ческих явлений с учетом некоторых принципиальных особенностей,
отличающих их от традиционных технологических методов обработки
материалов, использующих преимущественно механическое (силовое)
воздействие на обрабатываемые материалы. Главные из этих особен-
ностей приведены ниже.
1. ЭФХКО любых материалов независимо от их механических
свойств (твердости, вязкости, хрупкости и др.) осуществляется без
приложения значительных механических усилий. Во многих случаях
обработка проводится без механического контакта обрабатывающего
инструмента с поверхностью заготовки.
2. При ЭФХКО полностью отсутствует необходимость в примене-
нии специальных обрабатывающих инструментов, более твердых и
прочных, чем обрабатываемый материал. Соответственно исключается
необходимость передачи значительных механических усилий через
систему СПИД, что позволяет упростить кинематику и уменьшить
массу оборудования, так как достаточно обеспечить требуемую же-
сткость и точность узлов станка. Во многих случаях обрабатывающий
инструмент (в обычном его понимании) вообще отсутствует, и его функ-
ции выполняет соответствующим образом сформированный поток элек-
тронов, ионов, фотонов и т. д.
3. С помощью ЭФХКО можно выполнить множество технологи-
ческих операций, не выполнимых методами обработки резанием или
давлением, что позволяет конструктору на качественно новой основе
решать задачи создания новых конструкций машин, механизмов, при-
боров; повышать надежность и технические параметры выпускаемой
продукции.
Д. При ЭФХКО во многих случаях сокращаются расход дорогих
инструментальных и абразивных материалов и потери обрабатыва-
емого материала.
5. Удельная производительность и скорость ЭФХКО обычно
не зависят от твердости и хрупкости обрабатываемых материалов
Схема 1
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ?ФХКО
С0
10
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
1. Ориентировочные значения параметров некоторых технологических процессов
Операция Удельно-преобразу емый объем металла Скорость преобра- зования, см/с
см8/с см8/Дж
Выдавливание хо- лодное 0,3-1,6 (1,2—1,8) 10-' 0,2—2
Высадка холодная 30—80 (7—14) 10“4 40—100
Гибка листов хо- лодная — 0,1 —0,2 1 — 10
Гибка профилей хо- лодная на роликах 160—320 (2,5—2) 10~г 7—13
Горячее деформиро-' вание (без учета энер- гии для нагрева) 0,1-150 (1,2—1,6) 10“2 5—2-Ю8
Ковка горячая на горизонтально-ковоч- ных машинах 0,1—50 30-50
Нагрев под горячее деформирование Нанесение покрытий: 1—350 (0,3—1) ю-4 з. ю-8
гальваническое 1,4-10-*— 8-10-5 (0,2—1) 10-5 7-10"в--8•10“8
плазменное (7—14) ЮГ2 (0,14-1) 10“* 4,3-10’2— 3,3* 10-4
Обдирка однопро- ходная — (2-2,5) 10-8 30-50
Протягивание 4-10“8— 1-ю-* (2,5-4) 10-4 1-10
Развертывание (пре- делы значений) Резание: 5-10“’— 5-Ю”1 (3-8) 10-5 15-160
баллистическое *— (0,8—1) 10-8 (1,5-1,8) 105
на ножницах — . (2—2,5) 10-8 30—50
Точение 5»10“2—5 (4-6) Ю“4 (1,5—7,5) 10*
Шлифование Штамповка: (0,5-3) 10-2 (1,1-1,2) 10-5 (2,5—5) 103
взрывом (0,5-1) 10 (1,3—4,6) 10-2 (0,5-1) 104
холодная на гид» ^ропрессах —• (1,5—5) 10-2 90-130
Фрезерование (пре- делы значений) 2-10-»— 1 (1,3-2) 10-4 (2-6) 102
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО
11
и операций обработки металлов
Параметр шеро- ховатости обра- ботанной поверх- ности, мкм Класс точности обработки Глубина изменяе- мого (деформи- руемого) слоя, мкм / Удельный расход энергии на преобразование металла Метод ЭФХКО
Ra Rz Дж/см8 кВт.ч/кг
0,32— 1,25 — 3—За — (5,5 —8,5) 102 (2-3) 10“2 МИО, УЗДО, эго
1,25— 2,5 10-20 З-За — (7,3-14) 102 (2,5 —4,4) 10-2 мио, эго
— — — — 5—10 (1,7-3,5) 10“4 мио, УЗДО, эго
— — — — 20-40 (7-14) 10-4
— — — — 60—80 (2,1-2,8) 10s нэ+эго
— 10- 160 5-7 — — мио, эго+нэ
— — — — (9-34) 108 (3,1-12) 10”1 нэ
— — — — (0,5—10) 104 2,5-14 пзо
— — — — (1-7,3) 105 3,5—25,5 пзо
— 40- зго 8—11 — 400 — 500 (1,4-1,7) 10“2 пзо, пзмо, эко, ээо
0,16—2,5 10 — 20 2 — 5 10 — 25 (2,5-4) 103 (8,7-13) 10-2 АМО, ЭЭО
0,16 — 2,5 10-20 2 —За 10 — 60 (1,2 — 3) 104 0,4—1,0 AMO, КМО
1,25 — 2,5 10—80 2 — 4 50 — 70 (1 — 1,3) 10s (3,5-4,5) 10“2 мио, эго
—• 20- 320 8—11 — 400 — 500 (1,4-1,7) 10“2 АМР, ЭКАР
0,16-2,5 10 — 320 2 — 8 20 — 200 (1,7 —2,5) 10s — АМО, ЭЭО, ЭКАР
*- 10—20 1—4 1-60 (5,5-7) 104 2—2,5
0,32 — 1,25 — 3 — 4 — 22-76 (0,75-2,6) 103 КМО, МАО, УЗШ, ЭХО
0,’16-2,5 — 3—5 — 20 — 65 (7,5 — 22) 10~4 мио, эго
0,32-2,5 10 — 80 2 — 7 20 — 70 (5 — 7,5) 10s *— АМР, УЗР, ЭЭО, ЭКАР, ЭХРО
12
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
в отличие от механических методов обработки, где эта зависимость
явно выражена. Трудоемкость и длительность обработки твердых и
хрупких материалов меньше, чем при обработке резанием.
Увеличив мощность (плотность) энергии, вводимой в зону обра-
ботки, можно значительно повысить удельную и общую производитель-
ность обработки. Во многих случаях при этом не требуется увеличивать
пропорционально массу и габаритные размеры оборудования, размеры
инструмента или оснастки.
6. Методы ЭФХКО можно частично или полностью механизиро-
вать и автоматизировать с использованием более простых и современ-
ных средств, чем при обработке резанием. При этом значительно облег-
чается переход на многостаночное обслуживание и программное упра-
вление операциями. Кинематика формообразования для большинства
этих методов более проста, чем при обработке резанием. Обрабатыва-
ющий электрод-инструмент обладает значительно большим числом
степеней свободы, чем металлорежущий инструмент.
7. Методы ЭФХКО характеризуются широким диапазоном техно-
логических возможностей, охватывают практически все операции,
встречающиеся в металлообработке, машиностроении и смежных об-
ластях, и обеспечивают в оптимальных режимах достижение требуемых
показателей точности, качества поверхности, эксплуатационных ха-
рактеристик, повышения стойкости инструмента и т. д.
8. ЭФХКО проводят, как правило, без приложения оператором
значительных физических усилий, он не испытывает повышенных
нагрузок или утомляющих воздействий; квалификация оператора,
обслуживающего механизированное и автоматизированное оборудова-
ние, может быть относительно невысокой. Однако квалификация
наладчика этого оборудования или программиста должна быть вы-
сокой.
Эргономические и эстетические характеристики рабочих мест на
участках ЭФХКО более благоприятны для работающих, чем при тра-
диционных способах обработки резанием.
9. Использование отдельных методов ЭФХКО в сочетании (ком-
бинации) с многими операциями механической или технохимической
обработки позволяет значительно интенсифицировать последние без
существенного усложнения технологии и оборудования.
10. С помощью ЭФХКО значительно облегчается возможность
проведения местной обработки деталей и изделий с большими габарит-
ными размерами без применения специальных крупных станков или
громоздкой оснастки.
Наряду с большим комплексом положительных технических,
технологических и экономических показателей каждому методу ЭФХКО
присущи и недостатки либо ограничения, обусловленные их природой
и носящие временный характер. Их следует учитывать при выборе
метода. Однако число общих для всех методов недостатков невелико.
Основные из них следующие:
1) повышенная энергоемкость по сравнению с обработкой реза-
нием деталей простых форм из обычных конструкционных материалов
при тех же производительности и качестве поверхности;
2)* необходимость применения специального (часто нестандартного)
оборудования для выполнения отдельных операций;
3) отставание массового выпуска дешевого универсального обору-
дования от совершенствования технологии ряда методов ЭФХКО;
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО
13
4) необходимость сбора и утилизации отходов, накапливающихся
на крупных участках ЭФХКО.
Вместе с тем общим положением, относящимся в той или иной
мере ко всем разновидностям ЭФХКО, является то, что по сравнению
с обработкой резанием эти методы тем выгоднее применять, чем слож-
нее форма обрабатываемой детали или изделия, тверже и труднее под-
дается обработке резанием материал детали или изделия, более спе-
циальные технические требования предъявляются к свойствам готового
изделия, труднее обработать деталь или изделие обычным методом.
Этими положениями определяется общая принципиальная направлен-
ность методов ЭФХКО как новых, прогрессивных технологических
методов, преимущественно используемых при создании объектов
новой техники, применении новейших материалов, переходе к новым
формам организации производства, внедрении в практику новейших
достижений техники. Этим же пока определяется и практическая
нецелесообразность применения их для выполнения простых опера-
ций на мягких материалах, которые проводятся в массовом масштабе
без каких-либо технических трудностей (например, для сверления
круглых отверстий в листах из низкоуглеродистой стали). Однако не
исключено, что по мере совершенствования ЭФХКО и подобные опе-
рации станет выгодным проводить с их помощью.
В табл. 1 приведены основные технические характеристики наибо-
лее широко используемых в современных условиях методов ЭФХКО.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Васильев В. С. Электрофизико-химические методы размерной
обработки (состояние, задачи, перспективы) — Станки и инструмент,
1977, № 9, с. 3—4.
2. Вероман В. Ю., Аренков А. Б. Ультразвуковая обработка
материалов/Под ред. Л. Я. Попилова. Л.: Машиностроение. 1971»
67 с.
3. Голованов Л. В. Соперники резца. М.: Машиностроение,
1973. 144 с.
4. Коваленко В. С. Электрофизические и электрохимические
методы обработки материалов. Киев: Вища школа, 1975. 233 с.
5. Лазаренко Б. Р. Электрические способы обработки металлов
и их применение в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978.
40 с.
6. Лившиц А. Л., Волков Ю. С. Электрофизико-химические и
традиционные методы размерной обработки. — В кн.: Электрофизи-
ческие и электрохимические методы обработки материалов. Материалы
семинара. М.: МДНТП, 1975, с. 12-20.
7. Новое в электрофизической и электрохимической обработке
материалов/Под ред. Л. Я. Попилова. Л.: Машиностроение, 1972.
8. Опыт применения совмещенных электрофизико-химических
методов обработки в промышленности: Материалы семинаров. Л.:
ЛДНТП, 1978. 94 с.
9. Попилов Л. Я. И светом, и взрывом, и звуком ... Л.: Лениздат,
1971. 146 с.
14
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
10. Попилов Л. Я. Справочник по электрическим и ультразвуко-
вым методам обработки материалов. Л.: Машиностроение, 1971.
544 с.
11. Попилов Л. Я. Основы электротехнологии и новые ее разно-
видности. Л.: Машиностроение, 1971. 214 с.
12. Попилов Л. Я. Техника безопасности при электрофизической
и электрохимической обработке материалов. М.: Машиностроение,
1966. 300 с.
13. Размерная электрическая обработка металлов/Б. А. Артамо-
нов, А. Л. Вишницкий, Ю. С. Волков, А. В. Глазков. М.: Высшая
школа, 1978. 336 с.
14. Станки для электрофизической и электрохимической обработки
(обзор «Станкостроение СССР», вып. 5). М.: НИИМаш, 1971. 113 с.
15. Электрофизические и электрохимические методы обработки
материалов: Материалы семинара. Л.: ЛДНТП, 1975. 180 с.; 1978.
144 с.
16. Электрофизические и электрохимические методы размерной
обработки материалов: Обзор. М.: НИИМаш, 1971. 40 с.
17. Электрофизические и электрохимические станки: Каталог.
М.: НИИМаш, 1978. 228 с.
Глава 2
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ
МЕТОДОВ ЭФХКО
ЭФХКО в зависимости от . назначения и условий применения
может иметь результатом формоизменение обрабатываемой заготовки
или детали, изменение состояния их поверхности, а также придание им
специальных свойств.
Соответственно ЭФХКО находит применение во всех отраслях
промышленности, обрабатывающих или перерабатывающих любые
материалы — чаще всего металлы. Наиболее широко используется
ЭФХКО на машиностроительных предприятиях всех видов, в приборо-
строении и точной механике, электротехнической^и радиоэлектронной
промышленности, инструментальном производстве.
В каждой из следующих глав справочника приведены многочис-
ленные примеры конкретных применений. Здесь с целью облегчить
выбор оптимального метода для решения конкретной технологической
задачи, а также для объективного сопоставления различных методов
в табл. 1—14 приведены приближенные сопоставительные характери-
стики основных показателей и особенностей практического применения
некоторых методов ЭФХКО. Для сравнения выбрано несколько разно-
видностей, представляющих типичные методы ЭФХКО.
- Оценка характеристик проведена по пятибалльной системе,значения
баллов которой указаны в примечаниях к соответствующим таблицам.
Ниже даны условные оценочные характеристики типовых методов
ЭФХКО по следующим показателям: технологичности (табл. 1); выгод-
ности применения по сравнению с обработкой резанием в зависимости
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО
15
1. Сравнительная технологичность некоторых операций ЭФХКО
Метод (операция) Принци- пиально достижимо Практиче- ски реали- зовано Средний промышлен- ный уровень Метод (операция) Принци- пиально достижимо Практиче- ски реали- зовано Средний промышлен- ный уровень
АМР УЗР УЗМР ЭАБО ЭИМ электро- дом: профильным непрофильным 3—4 2-3 1—3 ЭИС электро- дом: профильным непрофиль- ным эко ЭХП ЭХРО ЭХ УЗ 4-5 3 — 4 2-3 3-4
3—4 СОЬЭ to W «О II III 4b. CO СО 4ь. СО
3—5
4—Б
2-3 2-3 1—3
3-4
3-5 3 — 4 3—4
Примечание. Значения баллов при оценке технологичности: 1 —
очень низкая; 2 — возможны частные технологические решения или техно-
логичен при определенных условиях проведения; 3 — удовлетворительная;
4 — хорошая; 5 — высокая в любых условиях.
2. Ориентировочное сопоставление выгодности ЭФХКО по сравнению
с обработкой резанием в зависимости от сложности формы и твердости
материала изделия
Метод (операция) Геометрическая форма изделия
особо сложная сложная средней сложности простая
Твердость материала изделия
высо- кая низ- кая высо- кая низ- кая высо- кая низ- кая высо- кая низ- кая
АМР УЗР УЗМР ЭАБО ЭИМ элек- тродом: профильным непрофиль- ным ЭИС элек- тродом: профильным непрофиль- ным эко ЭХП ЭХРО ЭХ УЗ 3 — 5 2 — 3 3-4 2 — 3 3 — 4 2 — 3 3 2 — 3
2 3 2 1 1 3-4 | 1
3—4 3 2 — 3 3 3 3
3 2 — 3 2-3
4—5 2—3 2 — 3 2 — 4
2 — 3 3 — 4
3 3 — 4 3
3 — 4 3 3
4 — 5 3 3 — 4 3-5 3 — 4 3 3 — 4 3 3 — 4
3 — 4 2 — 3 2 — 3
Примечание. Значения баллов оценки выгодности применения
ЭФХКО вместо обработки резанием: 1 — совершенно нецелесообразно; 2 —
недостаточно выгодно; 3 — несколько выгоднее; 4 — безусловно выгодно^
5 — иначе нельзя сделать.
16
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
3. Ориентировочное сопоставление некоторых методов
ito характеру применяемого инструмента
Метод (операция) Степень слож- ности формы инструмента Степень слож- ности изготов- ления Относительный износ инстру- мента в работе Метод (операция) Степень слож- ности формы инструмента Степень слож- ности изготов- ления Относительный износ инстру- мента в работе
АМР: ЭИС электро-
чистовая 3-4 3 — 4 3—4 дом:
черновая 2-4 профильным 1—4 2—3 1-4
УЗР 1-4 2—3 3-4 непрофиль- 4—5 4—5
ЭАБО 4 5 4 ным 3-4
ЭИМ электро- эко 3—4 3—4
дом; ЭХП 4 4—5
профильным 1—4 2 — 3 3-4 ЭХРО 5
непрофильным 4-5 4-5 4 ЭХУЗ 1—4 1—4
Примеч ание. Значения оценочных баллов: 1 — изготовление очень
трудоемко; высокая сложность формы; большой износ; 2 — изготовление
относительно просто, но с доработкой; сложность формы средняя; износ'
выше съема( 1 ; 1); 3—большой выбор методов изготовления; форма неслож-'
ная; износ 1 i 1 или несколько меньше съема; 4 — используются готовые формы
или прокат; сложность формы невысокая; износ заметно меньше съема;
б—не требуется изготовления; нет износа.
4. Сложность оборудования для некоторых методов ЭФХКО
по сравнению с обработкой резанием
Метод (операция) Принципиаль- но возможно осуществить Практически реализованные конструкции Метод (операция) Принципиаль- но возможно осуществить Практически реализованные конструкции
АМР 3 — 5 3—5 ЭИС электродом:
УЗР 2—3 2—3 профильным 2—4 2 — 3
УЗМР 3 — 7 3 — 7 непрофильным 1-2 1-2
ЭАБО 3 — 5 3—5 эко 3—4 3-4
ЭИМ электродом: ЭХП 4—5 5
профильным 2—4 2—3 ЭХРО 2—4 2—3
непрофильным 1—2 1-2 ЭХУЗ ' 3—4 3—4
Примечание. Значения баллов оценки сложности оборудования
для ЭФХКО: 1 — на уровне сложного точного оборудования; 2 — на уровне
сложного серийного оборудования; 3 — проще сложного серийного, на уровне
обычного серийного; 4 — используется серийное оборудование ‘обработки
резанием с модернизацией; 5 — используется серийное механическое обору-
дование с небольшой модернизацией или практически без модернизации.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО
17
8. Ориентировочное сравнение методов ЭФХКО
по степени возможности осуществления их механизации и автоматизации
Метод (операция) Уровень меха- низации Метод (операция) Уровень меха- низации
Принци- пиально возможный Реализо- ванный Средний в промыш- ленности Принци- пиально возможный Реализо- ванный Средний в промыш- ленности
АМР УЗР УЗМР ЭАБО ЭИМ электро- дом: профильным непрофильным 3 4 3—4 2—3 ЭИС электро- дом: профильным непрофиль- ным эко ЭХП ЭХРО ЭХ УЗ З-б 3-4 4-5 3 4—5
3—б 3
3-4 4—5 3 4—5 3 — 4 2-3 2-3
3 — 5 3 3-4
2 — 4
Примечание. Значения баллов оценки возможности механизации
и автоматизации ЭФХКО: 1 — в принципе возможно, но трудно или нецеле-
сообразно; 2 — возможна частичная механизация; 3 — полная механизация-h
4-ручное управление или механизация с элементами автоматизации (загрузка,
выгрузка); 4 — можно создать полуавтомат или операционный автомат; 5 —
можно создать автомат со сменной программой; самонастраивающийся авто-
мат; адаптивную систему; возможны управление от ЭВМ или полная автома-
тизация в составе автоматических линий.
6. Ориентировочное сопоставление трудозатрат
на проведение ЭФХКО по сравнению с обработкой резанием
Метод (операция) Трудоемкость Трудозатраты
ухода и обслу- живания настрой- ки и под- готовки прошлого будущего
АМР УЗР УЗМР ЭАБО ЭИМ электродом: профильным непрофильным ЭИС электродом; профильным непрофильным эко ЭХП ЭХРО ЭХ УЗ 2—3 2 3 — 4 тг СО ' СО | | со со см 2—3
2 2—3
со со со со II II СО —1 СЧ —и 1 1-3 3 — 4
3 2-3 3
3 3—4 2 — 3 2 2 3—4 2—3 2 2 1 2
2—3 3 — 4
2 2-3
Примечание. Значения баллов при сопоставлении трудозатрат
с обработкой резанием: 1 —- заметно выше; 2 — почти равны, иногда несколько
больше; 3 — несколько меньше; ,4 — значительно меньше; 5 — несравнимо
меньше.
18
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
7. Приближенное сопоставление некоторых методов ЭФХКО
с обработкой резанием по показателям расхода материалов
Метод (операция) Расход Потери мате- риала в отходы Метод (операция) Расход Потери мате- риала в отходы
инструмента вспомога- тельных ма- териалов инструмента вспомога- тельных ма- териалов
АМР: чистовая черновая УЗР УЗМР ЭАБО: чистовая черновая 4 4—5 2 3-4 ЭИМ электро- дом: профильным непрофиль- ным ЭИС электро- дом: профильным; непрофиль- ным эко ЭХП ЭХРО ЭХУЗ 4 1 — 2 2—3
3—4 2—3 1—2 2—3 2-3 3—4
4 3—4 2 2
4 3 — 4 1—2
5 4
2 — 3
Примечание. Значения баллов при сопоставлении расхода ма-
териалов с обработкой резанием: 1 — заметно выше; 2 — почти равны, иногда
несколько больше; 3 — Несколько меньше; 4 — значительно меньше; 5 —•
несравнимо меньше.
8. Приближенные значения показателей энергопотребления
при ЭФХКО и оценка по сравнению с обработкой резанием
Метод (операция) Удельный расход энергии, кВт» ч/кг Пределы мощности оборудо- вания, кВт КПД преобра- зователя энергии Балл
АМР: чистовая черн’свая УЗР УЗМР ЭАБО: чистовая черновая ЭИМ электродом: профильным Чистовая черновая 4 непрофильным 6—18 3—5 1-5 5—25 0,4—0,7 1 2—3
35 — 250 0,1—25 0,2 —0,4
8—15 1—5 5 — 15 0,7 —0,9 1
9—20 7—12 1-10 10—100 0,3 —0,6
0,1 —0,6 4 — 5
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО
19
Продолжение табл. 8
Метод (операция) Удельный расход энергии, кВт-ч/кг Пределы мощности оборудо- вания, кВт кпд преобра- зователя энергии Балл
ЭИС электродом: профильным чистовая черновая непрофильным ЭКО: чистовая черновая ЭХП ЭХРО 50—120 0,1-5,0 0,1—0,4 1
15—25 1-5 1—2 5—20 8—15 5—20 10-50 50-500 0,5—10 10-250 0,2-0,5 0,1 — 0,3
4-5
СО о о о оооо 1111 юшооо оооо 1
Примечание. Значения баллов при сопоставлении энергопотребле-
ния с обработкой резанием: 1 — заметно выше; 2 — почти равны, иногда не-
сколько больше; 3 —> несколько меньше; 4 — значительно меньше; 5 —♦
несравнимо меньше.
9. Приближенная оценка целесообразности применения некоторых методов
ЭФХКО вместо резания лезвийным инструментом
Метод (операция) Обдирка Черновая обработка Чистовая обработка Преци- зионное резание
АМР 3—4 3—4 3—5 3—5
УЗР 1 1—2 2—4
УЗМР 3—4 3—4 3—4 3—4
ЭАБО 2 3-5 4 — 5 4—5
ЭИМ электродом; профильным 2-3 3—4 3-4 2—4
непрофильным 1 2—3 3 — 4
ЭИС электродомI профильным 1 3 — 4 3—4 2—4
непрофильным 1 2—3 3—4
ЭКО 3—4 3—4 3-4 2—4
ЭХП ЭХРО 1 1-3 2 2—3 4—5 4 — 5
Примечание. Значения оценочных баллов: 1 — практически неце-
лесообразно; 2 — ограниченно применимо; рентабельность не явна; 3 — иногда
рентабельно, но полная замена нецелесообразна; 4 — целесообразно, есть
промышленное оборудование; 5 — безусловно, выгодно, есть промышленное
оборудование.
20
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
10. Приближенная оценка целесообразности применения некоторых
методов ЭФХКО вместо обработки резанием
Метод (операция) Резка Преци- зионное проре- зание пазов, щелей, канавок
черновая твердых сплавов
слитков проката
АМР: чистовая черновая УЗР УЗМР ЭАБО: чистовая черновая ЭИМ электродом: профильным непрофильным ЭИС электродом: профильным непрофильным ЭКО: чистовая черновая ЭХП ЭХРО 3—4 3—5 3-5 3—5 3—5
2—4
1 1 2 2
1 1 2—3 1 2-3
2-3 3-5 3-5
2 2 2—5
1
2 1 2—3 | | 3-5
3-4 3-5 2 — 3 1—2
3-5 2
1 1 1-2 1 1—2 1 1—2
Примечание. Значения оценочных баллов: 1 — практически не-
целесообразно; 2 — ограниченно применимо; рентабельность не ясна; 3 —
иногда рентабельно, но полная замена нецелесообразна; 4 — целесообразно,
есть промышленное оборудование; 5 — безусловно, выгодно, есть промышлен-
ное оборудование.
11. Приближенная оценка целесообразности применения
некоторых методов ЭФХКО вместо обработки резанием
для получения отверстий
Метод (операция) Отверстие
круглое некруглое
большого диаметра малого диаметра микро- отверстие
АМР 1—2 ' 1 — 2 1 — 2 1-3
УЗР 3—5 2 1 2-5
УЗМР 3—4 3—4 3—4 3-4
ЭАБО 1 1 1 1—2
ЭИМ электродом;
профильным 2—4 1—2 4—5
непрофильным 1 1 3—5
ЭИС электродом; профильным 3 — 5 4—5 4—5 4—5
непрофильным 1 1 3—5
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ЭФХКО
21
Продолжение табл. П
Метод (операция) Отверстие
круглое иекруглое
большого диаметра малого диаметра микроот- верстие
ЭКО ЭХП ЭХРО ЭХ УЗ 1-3 1 1—2 1 1 1—3 ' 1
2—3 2 3—4
Примечание. Значения оценочных баллов: 1 — практически не-
целесообразно; 2 — ограниченно применимо; рентабельность не ясна; 3 —
иногда рентабельно, но полная замена нецелесообразна; 4 — целесообразно;
есть промышленное оборудование; 5 — безусловно выгодно, есть промышлен-
ное оборудование.
12. Приближенная оценка целесообразности получения профильных
полостей (глухих и сквозных) методами ЭФХКО
вместо обработки резанием
Метод (операция) Полость
особо крупная большая средняя малая
АМР: чистовая черновая 2—4 2-3 2 — 4 2 — 3 2 — 4 2—3 1—2
УЗР УЗМР ЭАБО 2—4 3—4 2 2—4 3—4 2 3—5 3—4 2 3—5 3—4 1
ЭИМ электродом; профильным непрофильным 5 5 5
ЭИС электродом: профильным 3—5 3—5 х 3—5 4—5
чистовая черновая непрофильным 4-5 4—5 4—5
ЭКО ЭХП 2—3 1 2-3 1 2—3 1 1—2 1
ЭХРО ЭХ УЗ 3—5 3—5 3-5 3—4
Примечание. Значения оценочных баллов: 1 — практически не-
целесообразно; 2 — ограниченно применимо. Рентабельность не явна; 3 —.
иногда рентабельно, но полная замена нецелесообразна; 4 — целесообразно,
есть промышленное оборудование; 5 — безусловно выгодно, есть промышлен-
ное оборудование.
22
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
13. Приближенная оценка целесообразности применения
методов ЭФХКО вместо шлифования
Метод (операция) Шлифование
обдироч- ное черновое чистовое доводоч- ное
АМР 3—4 3-4 3—5 3—5
УЗР 1 1-2 3—4 2-4
УЗМР 3-4 3—4 3-4
ЭАБО:
чистовая 4-5
черновая 2 3—5 3—5 4 — 5
ЭИМ электродом?
профильным 2-3 3 — 4 3—4 2-4
- непрофильным ЭИС электродом? 1 1 1
профильным 1 3-4 3—4 2—4
непрофильным 1 1 1
эко 3 — 4 3—4 3—4 2—4
ЭХП 2
ЭХРО ЭХУЗ 1 2 — 3 4—5 4—5
Примечание. Значения оценочных баллов: 1 — практически не-
целесообразно; 2 — ограниченно применимо; рентабельность не ясна; 3 —«
иногда рентабельно, но полная замена нецелесообразна; 4 —* целесообразное
есть промышленное оборудование; 5 — безусловно выгодно, есть промышлен-
ное оборудование.
от сложности формы и твердости изделия (табл. 2); характера применя-
емого инструмента (табл. 3); сложности применяемого оборудования
(табл. 4); степени возможности механизации и автоматизации (табл. 5);
трудозатратам, расходу материалов и энергопотреблению (табл. 6—8);
целесообразности использования для замены наиболее массовых опера-
ций обработки резанием (табл. 9—13); влиянию на структуру поверх-
ности (табл. 14).
Все оценочные характеристики, приведенные в табл. 1—14, носят
приближенный характер и имеют целью дать лишь общую, укрупнен-
ную оценку для выбора или сравнения типовых методов. Для решения
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ЗФХКО
23
14. Приближенная оценка некоторых методов ЭФХКО
по их влиянию на качество обработанной поверхности
Метод (операция) Параметр шерохова- тости поверхности, мкм Структурные изме- нения подповерхно- стного слоя
Ra Rz Оценоч- ный балл качества Глубина слоя, мкм
АМР:
чистовая 0,63-1,25 20—40 2 20—200
черновая УЗР — 20—160 1 200—500
0,1 б-- 2,5 10—20 •в»
УЗМР ЭАБО: 0,63—2,5 — —
чистовая 0,080—0,32 <а_ 4 —
черновая ЭИМ электродом; 0,32—2,5 — —
профильным
чистовая 1,25—2,5 10 — 40 2 100—200
черновая — 40—320 1—2 800—1500
непрофильным 1,25 — 2,5 10—40 50—100
ЭИС электродом: 2 — 3
профильным чистовая 0,63 — 2,5 — 20—50
черновая — 40—160 2 200—300
непрофильным ЭКО: чистовая 0,32 10—20 3 20—30
— 20—160 2 200-500
черновая 40 — 320 1 500 — 5000
ЭХП ЭХРО 0,02—1,25 0,32 — 2,5 0,05 — 0,1 10—20 5 —
ЭХУЗ 0,32 — 2,5 10 — 20 4 —
Примечание. Значения оценочных баллов, характеризующих
изменение структуры обрабатываемой поверхности: 1 — заметно ухудшается
строение на некоторую глубину; 2 — ухудшаются единичные показатели,
зависящие от качества; 3 — почти не изменяется строение, но возможны де-
фекты; 4 — остается практически неизменной или улучшается; 5 — улучшается
большинство показателей.
конкретных задач и получения уточненных сведений следует использо-
вать данные, имеющиеся в соответствующих разделах справочника,
а также в технической документации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Клеймение и маркирование деталей электрофизическими и
электрохимическими методами. Материалы семинара. Л.: ЛДНТП,
1971. 70 с.
2. Краткие тезисы докладов VIII Всесоюзной научно-производ-
ственной конференции по электрофизическим и электрохимическим
методам обработки «Эльфа—77»/Под ред. Л. Я. Попилова. Л.: НТО
Машпром, 1977. 280 с.
24 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ
3. Левинсон Е. М. Отверстия малых размеров. Л.: Машинострое-
ние, 1977. 151 с.
4. Новое в электрофизической и электрохимической обработке
материалов/Под ред. Л. Я. Попилова. Л.: Машиностроение, 1972.
360 с.
5. Новые технологические процессы электрофизикохимической
обработки: Методические рекомендации. М.: НИИМаш, 1973. 228 с.
6. Опыт применения совмещенных электрофизикохимических ме-
тодов обработки в промышленности: Материалы семинара. Л.: ЛДНТП,
1978. 94 с.
7. Опыт применения электрических методов обработки в прибо-
ростроении: Материалы семинара/Под ред. Л. Я. Попилова. Л.: ЛДНТП,
1977. 97 с.
8. Справочник по изготовлению и ремонту штампов и пресс-форм
/Под ред. Л. И. Рудмана. Киев: Техн1ка, 1979. 175 с.
9. Применение электрофизических и электрохимических методов
обработки в машиностроении: Реферативная информация. М.: НИИ-
информтяжмаш, 1972. 68 с.
10. Технология обработки высококоэрцитивных магнитных спла-
вов. М.: Энергия, 1979. 181 с.
11. Электрофизические и электрохимические методы обработки
материалов. Материалы семинара. М.: МДНТП, 1978. 144 с.
12. Электрохимические и ультразвуковые методы очистки поверх-
ности, скругления кромок и съема заусенцев.: Материалы семинара.
Лл ЛДНТП, 1972. 103 с.
13. Электрофизические и электрохимические методы обработки:
Научно-технический реферативный сборник. М.: НИИМаш, 1968—
1980.
часть п
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ
НА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Методы электрохимической обработки материалов основаны на
использовании явлений, вызываемых прохождением электрического
тока через растворы проводящих ток жидкостей (электролитов).
В процессе прохождения постоянного электрического тока через
электролиты (в процессе электролиза) могут возникать различные
физические и химические изменения в электролите и на поверхности
проводников (электродов), погруженных в него (рис. 1).
При этом наиболее часто наблюдаются следующие явления:
1) осаждение металлов *из их соединений, находящихся в водном
растворе (электролите) и (или) выделение газообразного водорода на
поверхности электрода (катода), подключенного к отрицательному
полюсу («минусу») источника тока;
2) растворение поверхности металлического электрода (анода),
подключенного к положительному полюсу («плюсу») источника тока
с образованием нерастворимых, остающихся на поверхности, или рас-
творимых, переходящих в раствор, соединений и (или) выделение
газообразного кислорода.
Явления первой группы (катодные процессы) широко используют
в гальваностегии и гальванопластике и в ряде электрохимических про-
цессов химической технологии. Для ЭФХКО (за исключением одного
метода — нагрева в электролите) эти явления практически не исполь-
зуют.
Явления второй группы (анодные процессы) широко применяют
при ЭФХКО. Они составляют основу таких широко распространенных
методов, как ЭХРО, ЭХОП и др.
Рис. 1. Принципиальная схе-
ма электролитической ячей-
ки и процесса электролиза
(анодное растворение железа
в растворе хлористого на-
трия):
1 — ванна; 2 — электро-
лит — NaCI; 3 — анод —
Fe; 4 — источник постоянно-
го тока; 5 — катод; 6 —
шлам
26 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
27
На рис. 2 указаны методы ЭФХКО, основанные на использовании
анодного растворения. Одна группа этих методов, характеризующаяся
тем, что удаляемый с анода металл переходит в электролит в форме
легкорастворимых соединений, получила условное название электро-
химическая обработка (ЭХО). Другая группа методов, характеризу-
ющаяся тем, что в результате анодного растворения на поверхности
металла возникают труднорастворимые соединения (непроводящие
пленки) и для поддержания процесса требуется их механическое уда-
ление, получила общее (групповое) название электрохимическая ком-
бинированная обработка (ЭХКО).
Глава 3
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
В данной главе рассмотрены методы, основанные на использовании
электрохимического (анодного) растворения поверхности обрабатыва-
емого изделия или детали для удаления поверхностного слоя металла
либо для формоизменения (методы ЭХО). Основные виды обработки,
составляющие эту группу, указаны на схеме, приведенной на рис. 1.
Рис, 1. Виды электрохимической обработки со съемом металла
28 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ В ПРОЦЕССАХ ЭХО
Количество металла QM (в г), удаляемое с поверхности анода (за-
готовки, детали) можно определить для чистого металла согласно пер-
вому закону Фарадея по формуле
Qm = К9Н,
где К9 — массовый электрохимический эквивалент, г/(А-ч) или г/(А х
X мин); / — сила тока, A; t — длительность прохождения тока, ч.
Фарадеем установлено, что для растворения 1 грамм-эквивалента
любого металла требуется одно и то же количество электричества, рав-
ное 96 500 А«с (Кл), или 26,8 А«ч. Пользуясь этой зависимостью,
можно рассчитать электрохимический эквивалент любого металла,
т. е. количество металла (в г), растворившегося с анода при прохожде-
нии через электролит 1 А-ч электричества
tr______
Лэ~ л 26,8 ’
где Ам — атомная масса металла; и — валентность металла.
Практически чистые металлы встречаются редко, поэтому обычно
обрабатывают сплавы (сталь, бронзу, латунь и т. д.). Для сплавов
электрохимический эквивалент КСпл определяют с учетом соотношения
отдельных составляющих в сплаве:
Кспл —
______100
$-+&-+•
А1 Л2
Pi
К/
где Pz9...,Pi — содержание в сплаве отдельных составляющих,
массовые доли в %; Ki, ..., Ki —электрохимические эквиваленты
каждого входящего в состав сплава металла, г/(А-ч).
В табл. 1 даны результаты подобного расчета для сплава, содержа-
щего (массовые доли в %): никеля 25,0; алюминия 15,5; меди 4,0; же-
леза 55,5.
Для практических расчетов и проектирования технологических
процессов удобнее пользоваться не величиной /<э, а величинами объем-
1. Результаты расчета электрохимического эквивалента для сложного
сплава
Составляющие сплава Р, массовые доли в % Кэ, г/(А.ч) Р *3
Никель 25,0 1,10 23,0
Алюминий 15,5 0,34 45,6
Медь 4,0 1,19 3,3
Железо 55,5 1,04 53,0
э юп
— = 23,0 + 45,6 + 3.3 + 53,0 = 124,9; КСПЛ = = °'7" г/(А'ч)
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
2^
2. Объемные и линейные электрохимические эквиваленты некоторых
металлов
Металл Валент- ность г/( А. мин) *об. мм’/( А. мин) ^лин» мм/(А- мин)
Алюминий • 3 0,0056 2,07 0,0207
Вольфрам 6 0,0190 0,99 0,0099
Ванадий б 0,0063 1,09 0,0109
Железо 2 0,0174 2,20 0,0220
3 0,0116 1,46 0,0146
Кобальт 2 0,0126 1,44 0,0144
3 0,018 2,09 0,0209
Магний 2 0,0075 4,30 0,0430
Медь 1 0,0395 4,43 0,0443
2 0,0197 2,215 0,0221
Молибден 4 0,0149 _ 1,46 0,0146
Никель . 2 0,0182 2,С6 0,0206
3 0,0121 1,37 0,0137
Ниобий 3 0,0191 2,28 0,0228
Титан 4 0,0074 1,65 0,0165
Хром 3 0,0108 1,52 0,0152
6 0,0054 0,765 0,0076
Цинк 2 0,00203 2,84 0,0284
ного /(об [в мм^А-ч) или мм3/(А мин)] и линейного /<лин [(в мм/(А-ч)
или мм/(А мин)] электрохимических эквивалентов (табл. 2).
Расчет количества растворяемого металла по закону Фарадея
дает правильные результаты при условии, что вся электрическая энер-
гия, подводимая к аноду, расходуется только на растворение металла.
Практически это редко достижимо, так как определенная часть энергии
расходуется на другие, параллельно протекающие процессы, напри-
мер на электролиз воды и выделение на аноде газообразных кислорода
и озона. Поэтому фактически удаленная данным количеством энергии
масса металла /Пф оказывается меньше расчетной /пр. Отношение этих
масс называется выходом по току:
Г) = или £!Ф юо.
/Пр тР
В электрохимических процессах т) зависит от многих факторов
и может колебаться в относительно широких пределах. Выход по току
практически является показателем степени полезного использования
энергии, затрачиваемой при проведении процесса. Чем ниже т], тем
больше бесполезная потеря энергии и тем выше удельная энергоемкость
процесса (расход энергии на удаление единицы массы металла). Иногда
измеренное значение т] превышает 100 %. Это свидетельствует о том,
что удаление металла с анода происходит не только за счет анодного
растворения, но одновременно в результате механических или хими-
ческих воздействий (выкрашивание зерен, химическое растворение).
Примеры этого приведены в табл. 3, где одновременно даны значения т)
для некоторых часто обрабатываемых металлов и сплавов. .
30 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
3. Некоторые характеристики электрохимического растворения
металлов в 25%-ном растворе NaCl (по данным ЭНИМСа)
Материал Общий съем, мм’ДА.ч) Выход по току, % Энерго- емкость, кВт.ч/кг
Алюминий 140 112 16
Бронза БрОбЦбСЗ 235 85 8,6
Железо Армко 114 86 17
Латунь Л63 192 83 И
Медь 195 98 8,5
Никель Сплав: 119 96 6,7
АК4 156 134 14,5
ВД17 190 165 11,8
ХН62МВКЮ 95 73 8,3
ХН70ВМТЮФ Сталь: д2 71 8,6
45 103 77 И
40Х 12ХНЗА: 128 97 12
незакаленная 91 69 12,5
закаленная 122 92 9,4
12Х18Н9Т У10: 72 63 21
незакаленная 103 77 7,4
закаленная ШХ15: 114 86 7
незакаленная 144 118 5,2
закаленная 122 92 6,2
Цинк 172 101 4
Чугун легированный 46 36 37
Общее количество (в г или см3) анодно-растворенного металла
с учетом выхода по току можно рассчитать для чистых металлов по сле-
дующим формулам:
г» It А
Ообщ — “у —
или
Ообщ — ОудЛ,
где 1 — сила тока, A; t — длительность прохождения тока, мин; S —
площадь заготовки, см2; А — атомная масса металла; п — валентность
металла; т] — анодный выход по току; 0уд — удельный объемный съем
металла, см3/мин:
п 1 А
Qy«~ S "пр
где р — плотность металла, г/см3.
В соответствии с законом Ома расчетная сила тока / (в„ А), про-
ходящего через электролит в отсутствие вторичных явлений (напри-
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
31
4. Удельная электропроводность некоторых электролит^
Вещество Концен- трация, г/л Плот- ность, г/см8 Удельная электро- провод- ность, Ом-1. см-1 Темпера- турный коэффициент сопроти- вления
Азотная кислота 30 1,015 0,1681 0,0033
Натрий: 60 1,032 0,3123 0,014
азотнокислый 100 1,067 0,0782 0,0217
200 1,142 0,1303 0,0026
хлористый 100 1,070 0,1211 0,0217
200 1,148 0,1957 0,0214
250 1,187 0,2135 0,0227
мер, поляризации), определяется приложенным к электродам напря-
жением U и сопротивлением электролита /?0:
При постоянной температуре сопротивление электролита
= P'g”,
где р — удельное сопротивление электролита, Ом-см; / — длина столба
электролита между электродами, см; q — площадь поперечного сече-
ния столба электролита, см2.
Сопротивление электролита (в Ом) можно также определить
по формуле
где Хо — удельная электропроводность — величина, обратная удель-
ному электрическому сопротивлению, Om-1-cm*j; S — расчетная пло-
щадь, см2.
Удельная электропроводность изменяется с повышением темпе-
ратуры по закону
X* =Х18 [1 -Ь ех (/ — 18)],
где Xis — удельная электропроводность при 18 °C; а — температурный
коэффициент сопротивления; // — удельная электропроводность при
температуре t,
С повышением температуры на 1 °C удельная электропроводность
увеличивается на 1—1,5 % для водных растворов кислот (H2SO4, HCI,
HNO3); на 2—3 % для водных растворов щелочей (NaOH, КОН); на
2—2,5 % для растворов солей.
В табл. 4 приведены значения удельной электропроводности для
некоторых электролитов.
32 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Электропроводность раствора зависит от концентрации растворен-
ных в нем веществ. Различают электропроводность эквивалентную Хф
и молекулярную А4Ф.
Эквивалентная электропроводность Хф — это произведение удель-
ной электропроводности Хо на эквивалентное разведение <р^:
Ч = ХоФА,-
Эквивалентное разведение фх —9Т0 выраженный в кубических
сантиметрах объем раствора, в котором при данной концентрации со-
держится один грамм-эквивалент растворенного вещества.
Молекулярная электропроводность Мф — произведение удельной
электропроводности %0 на молекулярное разведение фм. Молекулярное
разведение фм — это выраженный в кубических сантиметрах объем
раствора, в котором при данной концентрации содержится одна грамм-
молекула растворенного вещества. Плотность тока i (в А/см2) на поверх-
ности электрода (распределение тока по всей поверхности равномерно)
/
1 = Т’
где S — площадь, см2.
Зависимость 1 и i от расстояния / между электродами (межэлек-
тродного промежутка), следующая:
Яэ ~ I ’ / ’
Значение i является одним из наиболее
параметров в процессах ЭХО.
важных и контролируемых
Л/
|-100^
-700
-500
-кОО
-300
-200
i
А/дм1 А!смг
10 000 r-ibo
5000 — 50
3000 -30
2000 —20
см2 дм1
1-10,01
•2 - 0,02
3- 0,03
к- 0,Ок
5- 0,05
7 - 0,07
Рис. 2. Номограмма для оп-
ределения плотности тока
по площади S и силе тока 7
-7
-5
-к
-3
5
3
2
1
-10
-5.
-з'
-2
-1
-0,5
-0,3
-0,2
'^0,1
-0,02 \
-0,01
20- 0,2
200- 2‘
300- 3
< к00~ к
^у500 - 5
7<Ц)- 7
1000^ 10
Рис. 3. Вязкость воды и вод-
ных растворов NaCl различ-
ной концентрации в зависи-
мости от температуры^
/ — Н2О; 2 — 3 % NaCl;
J — 12 % NaCl
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
33
Для ускоренного приближенного подсчета i по значениям 1 и S
можно применять номограмму, приведенную на рис. 2. Порядок поль-
Рис. 4. График влияния некоторых факторов ЭХО на выход по току Ц:
а, б — плотности тока (электролит NaCl и NaNO3); в — скорости протока
электролита (электролит NaCl); г — pH раствора (электролит NaCl); 1 —
12Х18Н9Т; 2 « ВТЗ-1; 3 — сталь с 10 % Сг и 10 % Мп; 4 — 20X13; 5 «
35ХМ
Рис. 5. График влияния
нии низкоуглеродистой
I - NaCl; 2 NaClO3;
плотности тока i на выход по току т) при растворе»
стали в электролитах;
3 _ NaNO8
2 Попилов Л, Я.
34 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 6. График влияния плотности тока I на выход по току л при обработке
отожженной стали 5ХНМ, НВ 198 (а—в) и закаленной с отпуском, HRC 42
(г—е) в электролитах разной концентрации и различного состава:
at г NaCl; б, д «• NaNO3; ef е •₽- NaC103
Рис. 7. График влияния скваж*;
ности при *имп = 20 мс на выход
по току л при ЭХО стали 5ХНМ
{НВ 198)
Рис. 8. График влияния плотно-
сти тока I на выход по току л при
растворении сплава ХН78Т (□
И Д) и никеля (• О) в ра-
створах Na NO» (О — 2н; • —
4н) и NaClO3 (Д — 4,2н) на
вращающемся дисковом аноде
() и вращающемся дисковом
аноде с узким межэлектродным
зазором (□ Д • О) при 25 °C
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
35
Рис. 9. Зависимость выхода по току Л от плотности тока I при электрохими-
ческом растворении твердого сплава ВК8 в различных электролитах:
а — 15 % Na2SO4 + вода; б « 15 % Na2CO3 + вода; в — 10 % Na2NO3 +
4- этиленгликоль
На рис. 3—9 представлены справочные данные и примеры основных
зависимостей между параметрами, определяющими протекание электро-
химических анодных процессов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вишницкий А. Л. Размерная электрохимическая обработка. —
В кн.: Электрохимическая и электромеханическая обработка металлов.
(Библиотечка электротехнолога), вып. 3. Л.: Машиностроение, 1977,
113 с.
2. Де Барр А. Е., Оливер Д. А. Электрохимическая обработка/
пер. с англ. М.: Машиностроение, 1973. 183 с.
3. Митяшкин Д. 3. Теоретические основы формообразования при
электрохимической обработке.—М.: Машиностроение, 1976. 63 с.
4. Мороз И. И. Электрохимическая обработка металлов. М.:
Машиностроение, 1969. 208 с.
5. Оборудование для размерной электрохимической обработки
деталей машин/Под ред. Ф. В. Седыкина. М.: Машиностроение, 1980.
277 с.
2*
36 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
6. Попилов Л. Я. Электрохимическая обработка. — В ки:
Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки
материалов. Л.: Машиностроение, 1971, с. 69—145.
7. Размерная электрохимическая обработка деталей машин.:
.Материалы IV Всесоюзной конференции. Тула: ТПИ 1975. 120 с.
8. Теория и практика электрохимической обработки металлов:
Сборник. Кишинев.: Штпинца, 1976. 89 с.
9. Электрохимическая обработка. — Станки и инструмент, 1977,
№ 9, с. 26—31.
10. Электрохимическая обработка металлов. — В кн.: Новое в
электрофизической и электрохимической обработке материалов. Л.:
Машиностроение, 1972, с. 13—83.
Глава 4
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
В комплексе электрохимических методов обработки (ЭХО) замет-
ное место занимает группа методов, основной целью которых является
выполнение отделочных операций для изменения свойств и состояния
поверхности деталей или изделий (рис. 1).
Электрохимическое (анодное) травление (ЭХТ) представляет собой
анодное растворение поверхности металла, проходящее без улучшения,
а иногда и с ухудшением микрогеометрии поверхности. ЭХТ исполь-
зуют для удаления поверхностных загрязнений (в том числе окислов —
окалины, ржавчины и т. п.), маркирования, чернового удаления прив
Рис. 1. Разновидности методов электрохимической отделки поверхности
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
37
1. Электролиты для электрохимического травления стали
Компонент Содержание в г/л для составов
1 2 3 4
Азотная кислота (1,4 г/см3) Натр едкий Натрий хлористый Серная кислота (1,83 — 1,84 г/см3) Присадки 20 150 25-30 25 — 30 35 — 40 5—10 700—800 5—10 (тиокар- бамид)
Компонент Содержание в г/л для составов
5 6 7 8
Азотная кислота (1,4 г/см3) Натр едкий Натрий хлористый Серная кислота (1,83—1,84 г/см3) Присадки 30—100 10 20—50 (цианид натрия) 20—30 200—250 10—15 (хромо- вый ангидрид) 60 140 3—4 (уротро- пин) 16-18 (ОП-7) 500-700 Ин
Примечание. Для травления углеродистой стали электролиты
№ 1—7; легированной стали № 8; быстрорежущей стали — № 6.
пусков, снятия заусенцев и грата, скругления кромок. При этом ис-
пользуют стационарный и движущийся электролит.
ЭХТ характеризуется относительно высоким удельным съемом
металла , (10—200 мкм/мин), регулируемым в широких пределах изме-
нением плотности тока и температуры.
Электролиты — растворы кислот и солей, реже растворы щелочей.
В табл. 1, 2 приведены некоторые характеристики, определяющие
проведение ЭХТ.
Электрохимическая (анодная) зачистка (ЭХЗ) — разновидность
электрохимического травления, проводимого в интенсивных режимах
с целью удаления грубых поверхностных загрязнений (окалины, ли-
тейного пригара), съема крупных неровностей (шероховатости) и т. д.
Электрохимическое (анодное) шлифование (ЭХШ) — это анодное
растворение поверхности, несколько улучшающее ее микрогеометрию
и позволяющее получать показатели шероховатости тех же порядков,
что и при механическом шлифовании, Ra~ 0,324-2,5 мкм.Его приме-
няют для отделочной обработки поверхности, удаления заусенцев
и грата, скругления кромок и т. п. Длительность удаления заусенцев
5—60 с. ЭХШ проводят вращающимся металлическим или графитовым
электродом круглой формы в стационарном или движущемся электро-
38 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
2. Режимы электрохимического травления стали
№ элек- трол ита по табл. 1 Плот- ность тока, А/дм2 Темпера- тура, °C Длитель- ность, мин Травление
1 5—10 20 — 50 0,5 — 5 При переменной полярности
2 40—50 10—15 Катодное
3 15 — 2 5—10 На переменном токе
4 10—15 2—3 Анодное
5 ! 4 45 1—2 Светлое реверсивное
6 150-7-200 20—60 0,5 — 2 Анодное
7 2,4 70—80 0,5 — 5 Совмещенное обезжиривание и травление
8 40—180 15—25 0,1 —0,6 Анодное
3., Электролиты для электрохимического шлифования стали
Компонент Содержание ♦1 (массовые доли в %) для стали
низко- и среднеугле- родистой высокохромистой
Г лицерин Серная кислота (1,83 г/см?) Соляная кислота (1,19 г/см3) Остальное вода. 50 10—12 0,15 50 10—12 0,3 25 10—12 о,з-
4,, Режимы электрохимического шлифования стали ♦1 \.
Параметр Сталь
низко- и среднеугле- родистая высокохромистая
Анодная плотность тока, А/дм2 Анодный потенциал, 'В Температура, °C *1 Составы электролитов см. табл. 40 — 50 3 — 4 20—30 3. 30—100 3—6 20—30 100 — 200 3 — 4,5 20—30
5. Электролиты для электрополирования стали
Содержание (массовые доли в %) для состава
Компонент 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Ангидрид хромовый 8—10 10—12 3—5 —1 — —' —• — — —
Кислота: серная (1,88— 1,84 г/см3) 14—18 40 — 45 20—21 19 — 21 20—21 20—21 55—57 28—32 40—45 30—40
фосфорная (1,5- 1,55 г/см3) 72 — 76 88—90 50—55 78—79 79—81 78—79 78—79 43—44 68—72 50—60 50—80
Присадка 1 — 1,2 (малеи- новая кислота) 0,1 (катапин КПИ-1) 0,5 (уротро- пин) 0,3 —0,4 (триэта- ноламин) 0,1-0,16 (полиэти- лен гликоля) 0,08—0,15 (ингиби- тор G-5) 0,1—0.2 (КМЦ) 0,1—0,2 (сульфо- понат), 0,01 (ПМС-200А)
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
Примечание. Для полирования углеродистых сталей рекомендуются электролиты № 1, 2, 10; для высокохро-
мистых сталей — № 2, 4; для высоколегированных сталей — № 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 11.
40 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Режимы электрополирования стали
№ электро- лита по табл, б Темпера- тура, ®с Плот- ность тока, А/дм2 Длитель- ность полиро- вания, мин Материал катода
1 70—90 70 — 90 5—10 Сталь 12Х18Н9Т, свинец *1
2 60 — 70 До ю
3 65 — 75 35 — 50 10—15 Сталь 12Х18Н9Т
4 30 — 40 40 — 50
5 40 — 50 30—40 3 — 5
6 30 — 40
7 40 — 50 8—10
8 50—60 20 — 60 2 — 5
9 50 — 65
10 20—30 100—150 2 — 5
11
Отношение площадей заготовки и катода (Sa : SK)=1 : 3s—1 : 2; напря-
жение источника тока 12—18 В.
лите (электрохимическая чистовая обработка). Удельный съем металла
определяется составом электролита и интенсивностью режима (плот-
ность тока, температура), обычно он равен 10—200 мкм/мин.
Электролиты имеют различный состав. При протоке чаще при-
меняют растворы солей. В стационарных условиях используют также
кислоты.
В табл. 3, 4 приведены некоторые данные о составе электроли-
тов, режимах проведения и результатах ЭХШ.
Электрохимическое (анодное) комбинированное шлифование-поли-
рование (ЭХШП) — анодное растворение, проводимое в переменных
режимах, позволяющих плавно переходить от микрогеометрии поверх-
ности, характерной для шлифованной поверхности (Ra = 0,16-4-
4-2,5 мкм), до микрогеометрии, характерной для полированной поверх-
ности (от Ra = 0,04 мкм до Rz.— 0,025 мкм) без переноса обрабатыва-
емой заготовки из одной ванны в другую. ЭХШП проводят в стационар-
ном электролите.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
41
Удельный съем металла определяется составом электролита и па-
раметрами режима; при шлифовании 50—100 мкм/мин; при полирова-
нии 0,5—5,0 мкм/мин. Например, совмещенное шлифование-полирова-
ние сплава ВМ-1 проводится в 85 %-ной серной кислоте при плотности
тока 100—400 А/дм2, напряжении на ванне 20—30 В и температуре
20—40 °C. Съем металла составляет около 10 мкм/мин. Для полного
сглаживания поверхности необходимо растворить слой, толщина кото-
рого в 5—6 раз превышает параметр Rz исходной поверхности.
7. Основные свойства электролитов для полирования
хромоникелевой стали
Электролит Свойство Единица измере- ния Марка элек- тролита
Ф60С40 Ф70С15Х6
Свежеприготовленный Вязкость мПа -с мм3/с 2-4 1,5-3 6-8 3,5-5
Отработавший мПас мм2/с 15-30 20—15 30 — 50 20 — 30
Свежеприготовленный Плотность г/см3 1,6 — 1,65 1,6-1,7
Отработавший 1,8-1,9 1,8-1,9
8. Состав растворов хромовой шкалы
Балл Шкалы Количество эта- лонного раствора Относительное содержание ионов хрома Цвет раствора
№ 1 № 2 шестива- лентного трехва- лентного
1 100 0 100 0 Ярко-оранжевый
2 90 10 90 10 Оранжево-желтый
3 80 20 80 20 Желто-оранжевый
4 60 40 60 40 Оранжево = желтый
5 50 50 50 50 Желтый
6 40 60 40 60 Зелено - желтый
7 30 70 30 70 Желто-зеленый
8 20 80 20 80 Зелено-желтый
9 10 90 10 90 Светло-зеленый
10 0 100 0 100 Изумрудно-зеленый
9. Электролиты для электрополирования меди
Содержание (массовые доли в %) для состава
компонент 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ангидрид хро- мовый — — — — 10—12 — — —
Вода — — — — — — — — 20—40
Кислота: серная (1,83—— 1,84 г/см8) 5—7 6—8 — — — 5 — —
фосфорная (1,5—1,55 г/см8) 91 — 93 92—94 100 96—97 88—90 99—99,5 95 99,7—99,8 60—80 .
Присадка 2—3 (триэтано- ламин) 2—2,5 (полиэтилен- полиамин) 0,4—0,6 (амиловый спирт) 0,5—1,0 (молочная кислота) 0,2—0,3 (эмульгатор ОП-7 или ОП-Ю) \ 0,1—0,2 (сульфо- понат)
Примечание. Для полирования меди рекомендуются электролиты Кг 3, 6, к8, 9; латуней Л62, Л63, Л69, том-
пака, бронзы Б2 — № I, 2, 4, 5, 6, 9.
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
43
10. Режимы электрополирования меди* и ее сплавов
№ электро- лита по табл. 9 Температура, Плотность тока, А/дм2 Длительность полирования, мин
1 2 30-40 15-25 30-50 3-5 До ю
3 15-20 8-10 10—12
4 20 — 40 15 — 25 30-50 3-5 До ю
5 15-60 3 — 5 5—10
6 10 — 40 15 — 25 30 — 50 3 — 5 До Ю
7 50-60 25-65 10-15
8 18-25 12—15 1-5
9 20 — 30 30-50 1—5
Примечание. В числителе даны значения для декоративной обра-
ботки, в знаменателе — для снижения щероховатости. Катоды во всех электро-
литах свинцовые.
Электрохимическое (анодное) глянцевание (ЭХГ) — это анодное
растворение, результатом которого является появление повышенного
блеска (глянцевого отражения) обрабатываемой поверхности без за-
метного изменения исходной микрогеометрии или с небольшим ее
улучшением. ЭХГ проводят как в стационарном, так и в движущемся
электролите.
Удельный съем металла незначителен, но может изменяться в ши-
роких пределах при изменении плотности тока и температуры.
Электрохимическое (анодное) полирование (ЭХП) представляет
собой анодное растворение, приводящее к значительному улучшению
микрогеометрии обрабатываемой поверхности (параметр шероховатости
от Ra = 0,04 мкм до Rz = 0,025 мкм), высокой степени зеркального
отражения (блеска), к изменению многих физических, физико-химиче-
ских и физико-механических свойств поверхности. ЭХП проводят
как в стационарном, так и в движущемся электролите.
Удельный съем металла обычно незначителен, но в зависимости
от состава и свойств электролита и параметров режима изменяется в ши-
роких пределах.
Электролиты — растворы кислот повышенной концентрации
с различными добавками, реже щелочные растворы. Температура
электролита 40—80 °C, реже 18—20 °C.
В табл. 5—12 и на рис. 2—11 приведены некоторые сведения о со-
ставах электролитов для ЭХП и режимах обработки.
11» Электролиты для электрополирования алюминия и его сплавов
Содержание (массовые доли в %) для состава
Компонент 1 2 3 4 5 6 7 8
Ангидрид хромовый 5—6 — — — 12 — — —
Вода — — — — — 65—70 55—65
Квасцы алюмокалиевые — — — — 1,5—1,8 — 4—5
Кислота: серная (1,83—1,84 г/см*) 46—47 84—85 96—98 43—45 — — — —
фосфорная (1,5“ 1,55 г/см3) 48—49 14—15 2—4 55—57 88 — — —
Натрий углекислый — — — — — 20 — 25 16—20
Тринатрийфосфат — — — — — 10—>2 20—25 15—20
Присадка — 1 — 1,2 (азотная кислота, 1,4 г/см3) 6—8 (сорбит) 1,5—2,3 (едкий натр)
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
45
12. Режимы электрополирования алюминия и его сплавов
№ электро- лита по табл. 11 Температура, °C Плотность тока, А/дм2 Длительность полирова- ния, мин Материал катода
1 80 — 90 30 — 40 5-10 Сталь 12Х18Н9Т
2 20—30 15 — 20
3 70—80 30 — 40 Сталь 12Х18Н9Т,- алюминий
4 60—80 3—5 Сталь 12Х18Н9Т
5 80—85 40—80 1 — 3
6 80—90 30 — 50 6—8
7 50 — 60 10—12
8 70—100 20-40
46 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
"Т
70 j
НуРО¥,%
100 z
65
60
65
60
65
ffO
35
30
25
20
15
t,cC
10-3
15-j
20 4
25 Я
so 4,
J53
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
р,г/нл
г 1,90
1,85
1,80
1,75
1,70
1,65
1,60
1.55
1,50
1Л5
1,40
1,35
1,30
Рис. 2. График зависимости
концентрации, температуры
и плотности фосфорной кис-
лоты
,5
1,85
1,80
1,75
1,65-
1,60-
1,55-
Рис. 3. Номограмма для определения плотности
и концентрации водных растворов фосфорной
кислоты
г/см'
1,85-
°Ве
1fi0-
65
1,50-
1,45-
1,40-
1,35
Be t/
— 72,4
100-
65
90-
85'
1,65 = :
Г 1,60 z Z
80-
55
75-
1,55-
150 ”
Е 1,50-
.40 М
-1,40-
1,35.
-- -35^.
: i 43:
501
70-_
65z
\60-_
1,30-
1,25-
^25 z
12°'%1,2--
; 55-
50\
35-
45-.
-30^
140-.
.30-
-20
' ^5^
SOO*1^ ^5\
10-
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
1’° HjPO^,°/9
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
47
0-4
54
/04
/54
20-4
25-
50-4
354
404
454
6&J
I
I
Рис. 4. Номограмма для
определения плотности
и концентрации серной
кислоты
Рис. 5* Баллы хромовой
шкалы (см. табл. 8) и по-
лирующая способность
сернофосфорнохромово-
го электролита
А/ ^з,%
48 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
*10*,Н/сн
Рис. 7. График изменения повер-
хностного натяжения а эле к-
тролита: массовые доли в °/0:
H2SO4 -20 %, Н«РО4 — 60 %,
НгО — 20 % на границе фаз при
добавке:
1 — синтанола; 2 — сульфоуре-
ида; 3 — сульфопоната; 4 —•
сульфопоната с 0,01 г/л пенога*
сителя ПМС-200 А
поверхностного
массовые доли
Рис. 6. График изменения
натяжения а электролита,
В %; H2SO< (1,84) 50—60; НЯРО4 (1,68) 50 —
40 в зависимости от природы и концентра-
ции добавки ПАВ:
1 — сульфопонат; 2 — мононатрий-альфа-
сульфопальмитат; 3 — полиэтиленполиа*
мин; 4 — карбоксиметилцеллюлоза; 5 —*
неонол; 6 — 0,3 г/л карбоксиметилцеллю-
лоза 4-мононатрий-альфа-сульфопальмитат
Рис. 8. Зависимость вязкости серно-
фосфорнокислого электролита для по-
лирования стали 08X18Н ЮТ от коли-
чества пропущенного электричества и
природы добавки ПАВ при 60 °C:
1 —‘ сульфоуреид; 2 электролит без
добавки; 3 — сульфопанат; 4 — поли-
акриламид; 5 =- карбоксиметилцел-
люлоза
Рис. 9. Зависимость вязкости серно-
фосфорнокислого электролита для
полирования стали 08Х18Н10Т от
температуры его обработки и при-
роды ПАВ, Q = 100 А«ч/л:
1 — сульфопонат + ПМС-200 А;
2 —электролит без добавки; 3 —
полиакриламид; 4 — сульфоуреид;
5 — карбоксиметилцеллюлоза
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
49
Рис. 10. Зависимость электропро-
водности сернофосфорнокислого
электролита для полирования стали
08Х18Н10Тот количества пропущен-
ного электричества и природы до-
бавки ПАВ при 45 °C:
I карбоксиметилцеллюлоза; 2 —
полиакриламид; 3 чистый без
добавки; 4 сульфоуреид; 5
сульфопонат 4- ПМС-200А
Рис. 11. График изменения скорости
съема стали при электрохимическом
полировании стали 12Х18Н9Т в серно-
фосфорном (/) сернофосфорнохромовом
(2) и сернофосфорном электролите с
добавкой ПАВ и пеногасителя (3) при
различной плотности тока
Рис. 12. Зависимость съема стали
12Х18Н10Т от концентрации ПАВ
(сульфопонат) в сернофосфорном
электролите (I = 200 А/дм2; Т =
«= 60 °C; t == 3 мин)
Рис. 13. Зависимость съема стали 08кп
от концентрации добавок в электролите
(H2SO4 : Н8РО4 = 50 : 50):
1 — карбоксиметилцеллюлоза; 2
этансульфонат целлюлоза; 3 суль-
фопонат; 4 ОП-Ю
50 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 14. Изменения съема металла
в зависимости от количества про-
пущенного элетричества
1 — сернофосфорнохромовый элек-
тролит (7 % СгОз); 2 — сернофос-
форный; 3 — сернофосфорный с
сульфопонатом (2 г/л) и пеногаси-
телем А-154 (0,5 г/л)
Рис. 16. График влияния длительности
обработки на съем металла G (а), от-
носительное сглаживание Д/? а (б) и
отражательную способность К (в) ста-
лей:
/ — 55; 2 — 55Г; 3 — 55Г2; темпера-
тура 20 °C, плотность тока 60 А/дм2,
электролит (объемные доли в %)$
НзРО490, H2SO4 10 + 2 г/л ПАВ (РМК)
Рис. 15. График влияния соотноше-
ния фосфорной и серной кислот в
электролите на относительное сгла-
живание стали 30Х13Л при раз-
личных соотношениях (в %) Н3РО4 :
: H?SO4:
/—80 : 20, 2 — 60 : 40; 3 — 50 : 50
Рис. 17. График влияния добавки едкого
натра к электролиту (100 г/л Na NO3) на
скорость растворения (/) и высоту микро-
неровностей (2) при электрохимическом по-
лировании вольфрама
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОТДЕЛКА ПОВЕРХНОСТИ
51
Рис. 18. Зависимость блеска поверх-
ности от частоты f прямоугольного
тока при полировании титана в
10 %-ном формамидном растворе
сульфаминовой кислоты. Анодная
плотность = 20 А/дм2; катодная
плотность ZR == 5 А/дм2; *а « *к,
общая длительность 20 мин
Рис. 19. Зависимость блеска поверхно-
сти от анодной плотности тока при по-
лировании титана в 10 %-ном форма-
мидном растворе сульфаминовой кисло-
ты:
I — постоянный ток; 2 — прямоуголь-
ный ток частотой перемен 40 Гц при
«к = 5 А/дм2, /а = /к; 3 — то же, с до-
бавкой НС1
ТАРИФНО-КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРОПОЛИРОВЩИКОВ ПО ЕТКС
1-й разряд
Характеристика работ. Подготовка деталей к электрополирова-
нию. Загрузка деталей в ванну. Электрополирование простых инстру-
ментов и деталей из черных, легированных и цветных металлов под
руководством электрополйровщика более высокой квалификации.
Должен знать: основные сведения об устройстве электролизных
ванн; процесс электрополирования; способы подготовки деталей под
электрополирование; правила обращения с кислотами, щелочами и циа-
нистыми солями.
2-й разряд
Характеристика работ. Электрополирование средней сложности
инструмента и деталей из цветных, легированных и черных металлов
с их предварительной подготовкой,.,, последующей нейтрализацией
и промывкой. Составление и корректирование растворов. Регулирование
температуры ванн. Определение времени окончания процесса электро-
полирования.
Должен знать: процесс электрополирования цветных, легирован-
ных и черных металлов; состав растворов и правила составления их
по заданным рецептам; температуру нагрева растворов и продолжитель-
ность процесса электрополирования; технические требования, предъ-
являемые к полируемым деталям; назначение и условия применения
приспособлений для загрузки деталей в ванны.
3-й разряд
Характеристика работ. Электрополирование сложных деталей
и инструмента из цветных, легированных и черных металлов с их пред-
52
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
варительной подготовкой, последующей нейтрализацией и промывкой.
Подогрев ванн до требуемой температуры. Участие в электрополирова-
нии наружной и внутренней поверхностей труб из специальных марок
стали на специальных установках. Заправка установки электролитом.
Загрузка труб в установку и выгрузка труб. Участие в ремонте уста-
новки.
Должен знать’, устройство обслуживаемой установки для электро-
полирования труб; способьГнейтрализации и промывки изделий, пред-
назначенных для электрополирования; устройство приспособлений для
загрузки деталей в ванны; дефекты электрополирования и способы
их устранения.
4-й разряд
Характеристика работ. Ведение процесса одновременного электро-
полирования наружной и внутренней поверхностей труб из специаль-
ных марок стали на специальных установках. Проверка состояния
электролита (температуры, плотности). Наблюдение за состоянием
оборудования, паропроводной и кислотной магистралями. Настройка
установки для электрополирования труб.
Должен знать\ устройство и принцип действия специальной уста-
новки для электрополирования труб; технологический режим электро-
полирования; физико-химические свойства материалов, применя-
емых для электрополирования, в пределах выполняемой работы; сорта-
мент труб, идущих на электрополирование.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Богоявленская Н. В. Электрохимическая обработка труб.
Изд. 2. М.: Машиностроение, 1970. 136 с.
2. Грилихес С. Я. Электрохимическое полирование. Л.: Машино-
строение, 1976. 207 с.
3. Грилихес С. Я., Поселянинова Т. Е. Новая технология
электрохимического полирования медных сплавов. Л.: ЛДНТП,
1974. 32 с.‘
4. Лупкин Я. Н., Штанько В. М. Химическая и электрохимиче-
ская обработка стальных труб. М.: Металлургия, 1974. 216 с.
5. Опыт промышленного применения электрохимического шлифо-
вания и полирования: Материалы семинара/Под ред. Л. Я. Попилова.
Л.: ЛДНТП, 1979. 83 с.
6. Попилов Л. Я. Технология электрополирования металлов,
Л.: Машгиз, 1953. 254 с.
7. Попилов Л. Я., Зайцева Л. П. Электрополирование и электро-
травление металлографических шлифов. М.: Металлургия, 1963. 410 с.
8. Штанько В. М., Корязин П. П. Электрохимическое полиро-
вание металлов. М.: Металлургия, 1979. 160 с.
9. Электрохимическая полировка металлов: /Материалы Все-
союзной школы на ВДНХ/Под ред. В. М. Штанько. М.: ВДНХ,
1974. 87 с.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
53
Глава 5
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
Электрохимическая размерная обработка (ЭХРО) представляет
собой основную (по масштабам применения и значимости) разновид-
ность электрохимической обработки (ЭХО), заключающейся
(по ГОСТ 3.1109—73) в изменении формы, размеров и шероховатости
поверхности заготовки вследствие растворения ее материала в элек-
тролите под действием электрического тока.
Некоторые технологические операции ЭХРО и характеристики
их эффективности приведены в табл. 1. В табл. 2 представлены прин-
ципиальные схемы типовых операций ЭХРО и режимы их проведения.
В табл. 3—4 и на рис. 1, 2 приведены данные о производительности
ЭХРО различных металлов и сплавов и при различных режимах.
Скорость съема металла при ЭХРО (до 1 мм/мин и более) регули-
руется изменением электрических параметров, температуры и ско-
рости протока электролита. Так, например, в различных электролитах
удельный съем штамповых сталей 80—140 мм3/(А-ч); коррозионно-
стойких сталей 50—80 мм3/(А’Ч); марганцовистых сталей 70—
100 мм8/(А-ч); алюминия и его сплавов 130—190 мм3/(А«ч).
При обработке небольших площадей (до 105 мм2) скорость съема
до 1,0 мм/мин, а на крупных заготовках (площадью 105 мм2) скорость
съема 0,02—0,2 мм/мин.
В зависимости от режима, материала, электролита и других усло-
вий параметр шероховатости поверхности Ra = 2,5ч-0,32 мкм. Некото-
рые зависимости результатов ЭХРО от режима представлены на
рис. 3—11.
Составы электролитов, применяемых при ЭХРО, даны в табл. 5.
Заготовке можно придать требуемую форму и размеры с помощью
неподвижного (методом копирования) и перемещающегося (например,
вращающегося) электрода-инструмента, воспроизведя кинематику
/ — обработка резанием; 2 — элект-
рохимическая; А — обработка реза-
нием выгоднее; Б — электрохими-
ческое резание выгоднее
Рис. 2. Зависимость производительно-
сти обработки П от обрабатываемой
площади детали F и межэлектродного
зазора б для стали ЗОХГСА
64 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТР ОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
1. Типовые операции ЭХО
Операция Эффек- тивность Типовое оборудова ние
Вырезка рабочих окон в матрицах штампов Гравирование и обработка неглубо- ких отверстий Доводка штампов и пресс-форм после ЭЭО Изготовление: полостей в заготовках из материа- лов труднообрабатываемых меха- нически пресс-форм высокой точности для холодного выдавливания штампов, армированных тверды- ми сплавами цельных роторов с лопатками и дисков Калибровка-доводка полостей и отверстий в заготовках и деталях из труднообрабатываемых материалов Калибровка шлицевых отверстий Контурная вырезка и доводка Маркировка (клеймение), нанесе- ние знаков Обработка: заготовок сложной формы из жа- ропрочных сплавов конических полостей наружных и внутренних поверх- ностей деталей типа тел враще- ния рабочих колес турбин и компрес- соров турбинных лопаток фасонных поверхностей штампов, пресс-форм, литейных форм Получение конусов и заострений Предварительное профилирование твердосплавных пуансонов Профилирование: заготовок и деталей из трудно- обрабатываемых материалов вращающимся инструментом формообразующих полостей мно- госерийных ковочных штампов Прошивание? большого числа отверстий в ли- стовых заготовках и деталях из труднообрабатываемых материа- лов । 1—3, 5 МА 4429, ЭКУ-400 СЭП-902М, АТ-80, АГ90 Э3101 4А423ФУ, 4421, 4422, 4423, ЭКУ-150, 4420ФЧ ЭХКП-1, Э-402, Э460 ЭКУ-150, АГЭ-10, АГЭ-11, 4420ФЧ, 4423ФЦ, 4А423ФЦ 4412 4405, 4406, 4407, 4408Д, 4413, 4420, 4420Д, 4432, 4450 ЭХО-6, ЭХО-8, ЭХТ-1500,- 4427, 4462ФЗ 4429.4462ФЗ, ДСФ-1, ДСФ-2 ЭХМ-1а, ЭК-1, 4401, ПЭМ-1М, МЭ311, МЭ301, МЭ309, ГРЭМ-1, ГРЭМ-2, МЭ316
1-3, 5, 6
1—3, 5, 7 1-3 1—3, 5 1—5, 7
1—3, 5 ЭКУ-400, 4424, 4423, 4А423ФЦ, АГЭ-10, 4420ФЧ, ЭКУ-150 ЭГП 4412, Э70ВФ2 4424, 4427, 4А423ФЦ
1—3, 5, 7 1—3, 5 1, 4, 5 ЭХО-1, ЭХО-2, АГЭ-2, 4423,: ЭГС-100, ЭГС-150, АГЭ-3, ЭХО-ЗОО, ЭХС-10А, МЭ-77, МЭ-57, МЭ-75, ЛЭ-145, ЛЭ-146, ЛЭ-156, ЛЭ-158, ЛЭ-159 4422, 4423, 4424, 4А423ФЦ, АГЭ-10, ЭГС-23 4422 МА-4429, ЭКУ-400, ЭКУ-150, 4423ФЦ 4412, Э70ВФ2 4421, 4422, 4423, 4424, 4А423, 4А423ФЦ, ЭКУ-400, 4423ФЦ 4422, 4423, 4427
1—3, 5
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
55
Продолжение табл. 1
Операция Эффектив- ность Типовое оборудование
Прошивание: фасонных отверстий в нежестких деталях из труднообрабатывае- мых материалов щелей и глубоких отверстий Разрезание заготовок из труднооб- рабатываемых металлов и сплавов Удаление заусенцев и притупление острых кромок Удаление заусенцев и притупление кромок на зубьях шестерен, в па- вах, шлицах и отверстиях 1-3, 5 4422; 4423; АЛА-4427 4427, ЭПЛ-320, ЭПЛ-630, ЭПЛ-1000, ЭХЭС-3, ЭСВК-2 МА4428, МА4429, ЭЗ-23, ЭЗ-32 4405, 4406, 4407, 4408, 4420, 4450, МА-31 ЭЗ-65, ЭЗ-93, 4405, 4406, 4407, 4408Д, 4420, 4420Д, 4450
1—4, 6
1—7 .
Примечания: 1. Показатели эффективности (1 — 7) приведены без
количественных характеристик и могут иметь различные значения в каждом
конкретном случае; они показывают, что применение методов ЭХО вместо
традиционных методов обработки: 1 — снижает трудоемкость; 2 — сокращает
использование ручного труда; 3 — повышает производительность; 4 — по-
вышает качество изделия или его стойкость в эксплуатации; 5 — экономит
специальные инструменты и материалы; 6 — позволяет провести операцию
механически вообще неосуществимую; 7 — позволяет автоматизировать про-
цесс обработки. Кроме приведенных показателей имеется ряд других, соот-
ветствующих специфике конкретных объектов.
2. Здесь указаны некоторые виды промышленного оборудования. При-
меняется много других моделей нестандартного оборудования.
Рис. 3. Зависимость шероховатости
поверхности от плотности тока при
обработке низколегированных ста*
лей в 15 %-ном растворе NaCl:
1 — с добавкой Мо; 2 — с Mo, W и
V; 3 — с Ni; Мо и Nb
Рис. 4. Зависимость шероховатости
поверхности при ЭХРО от плотности
тока и размеров зерна (электролит —
NaNOj х = 0,1 См/см; р = 0,9 МПа;
Q — 130 л/мин; U и v = const):
1 — закаленная сталь; 2 — нормализо-
ванная сталь; 3 — отожженная сталь
56 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
2. Типовые операции ЭХРО и режимы их проведения (по различным источникам)
Операция
Калибрование фасонных отверстий и
сложных поверхностей
Калибрование и контурная обработка
неподвижным электродом
Клеймение и маркировка деталей (пе-
чатная и по трафарету)
Обработка тел вращения (точение, то-
карная обработка)
Обработка тел вращения
Обработка вращающимся катодом
Объемное копирование сложных по-
верхностей (формообразование гравюр
штампов и пресс-форм)
Профилирование пера лопаток
Прошивание отверстий лопаток
Схема
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
57
А/см2 (7, В S, мм ^Э’ МПа Рэ. м/< t, эс %’ мм/мин Ra, мкм
20-100 7—10 1 0,02 — 0,1 6 — 40 — 0-2,5 —1
, 8—60 6—1» 0,1 0,5—1,6 15 — 30 20 — 30 — 0,32 — 2,5
15 — 25 5-12 0,05 — 1,0 — — — — —
5—100 7-18 0,05—1,0 — 10 — 60 — 0,01—2,5 —
50 — 200 6 — 24 ^г2-0,6 0,2 —0,5 8 — 25 20 — 40 0,2—5,0 0,32 — 2,5
25 — 300 6 — 30 0,01—0,05 0,05 — 0,2 20 —50*1 20 — 40 0,1 —8,0 0,2—1,25
15 — 100 7—24 0,05 — 1,5 10 — 60 0,01—5
15—200 1 6—24 0,03 — 0,3. 0,5—1,8 10 — 35 20 — 45 0,2 —3,5 0,2 —2,5
5 — 45 9 — 30 0,1—0,6 0,4 —0,8 10 — 30 20 — 50 0,1 —1,2 0,63 — 2,5
10—200 7—24 0,01 — 1,0 6—100 0,5 — 15
20—250 .9 — 24 0,1—0,5 0,5—3,0 5 — 35 20—40 0,3—6,5 0,63—5,0
58 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Операция Схема
Струйная прошивка отверстий и вырез- •
ка по контуру > |||!||
Удаление заусенцев и скругление кро-
мок
Хонингование отверстий
Шлифование токопроводящим абразив-
ным кругом плоских, цилиндрических
и профильных поверхностей
** Скорость вращения катода
*2 Длительность обработки в секундах
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
59
Продолжение табл. 2
А/см2 и, В S, мм Рэ, МПа %, м/с 1, ®С и3’ мм/мин Ra, мкм
30-70 100 — 800 1,0-2,0 — — — 2,5-5,0 —
5 — 50 6—12 0,05 — 0,5 10—150
2—25 6—30 0,2 —2,0 0,05 — 0,4 0,2—0,8 20—40 4—100 *2 1,25 — 2,5
10 — 60 5 — 8 0,01 — 0,05 — 10-50 — —•
20—200 3—10 0,01 — 0,05 — 12—50 3—400 —
S
3. Некоторые показатели ЭХРО различных сплавов в растворах солей разной плотности
Материал Удельный съем металла, мм8/(А -ч) Выход по току, % Удельная энергия, кВт.ч/кг
NaCl, 250 кг/м8 NaNOs, 300 кг/м8 . NaClO<, 400 кг/м8 NaCl, 250 кг/м8 NaNOe, 300 кг/м8 NaClO4, 400 кг/м8 NaCl, 250 кг/м8 NaNOs, 300 кг/м8 NaCK)<, 400 кг/м8
Штамповые стали 5ХНВА, ЗХ2В8 и ДР- 120—140 80—115 100—110 95—99 65—80 70—80 И—12 13—18 15 — 18
Коррозионностой- кие стали 12Х18Н9Т и ДР- 70—80 60—70 50—60 60—65 50—60 45—55 15—20 20—25 25—30
Жаропрочные спла- вы ЖС6КП 88—120 90—120 70—100 70—90 60—70 50—60 10—12 15—20 20—26
Марганцовистые стали (10 Сг и 10 % Мп) 90—100 60—70 70—80 50—60 — 20—25 25—36 —
Титан и его сплавы 30—100 — 110—120 35 — 75 — 70—80 50—100 — 30—40
Алюминий и его сплавы 130—190 140—170 98—110 98—115 11 — 16 147—20
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ, ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
61
4. Максимальное количество металла QM,
снимаемого растворением на 100 А рабочего тока
Материал «м Материал
f/Ч ММ'4/ мин г/ч мм3/мин
Кобальт 110 206 Сталь:
Никель 110 211 12Х18Н9Т 93 198
Железо 104 221 Р18 90 197
Хром 97 225 Р6М5 100 216
Вольфрам 114 98 40Х 104 230
Титан 45 165 Сплав:
Сплав 115 136 Т15К6 129 180
ЮНДК35Т5 86 180
Рис. 5. График влияния плотно-
сти тока на глубину растравли-
вания Ар при ЭХРО поверхности
детали из жаропрочного никеле-
вого сплава (электролит NaCl)
Рис. 6. График изменения высоты неровно-
стей поверхности стали 40Х в зависимости
от анодной плотности тока;
1 — высокий отжиг; 2 — полный отжиг;
3 — высокий отпуск; 4 •— низкий отпуск
Рис. 7. Зависимость плотности тока I
от межэлектродного зазора б
Рис. 8. График влияния зазора на
выход по току при питании импульс-
ным током (^имп — 12 мс) в электро-
литах:
1 и 4 — 10 %-ный раствор NaNO3; 2 и 3 — 10 %-иый раствор NaCl; 1 и
3 ~ сталь 5ХНВ (HRC 60); 2 и 4 — сплав ХН65ВМТЮФ
62 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 9. Зависимости бокового и торцового зазора от плотности тока (а, б) и от
эффективного сопротивления (U/1) между электродами (в, г) при обработке
стали Х12М (напряжение на электродах 12 В):
1 и 3 — 15 %-ный раствор NaNO3; 2 и 4 — раствор, содержащий NaNO»
и добавку неорганической соли
Рлс. 11. ?аз 1симость плотность тока —>
напряжение на электродах при питании по*
стоянным (/) и импульсным (2) током (элек-
тролит — 80 г/л NaCl; входное давление
0,2 Па; зазор 0,3 мм; скважность 3,5;
Рис, 10. Изменение межэлектродного зазора 6 (/, 2) и плотности тока Z (3, 4)
при неподвижных электродах [материал анода —» сталь 35ХМ; электро-
лит — 20 %-ный раствор NaCl, скорость протока 10 м/с, напряжение 24 В
(/, 3) и 8 В (2, 4)]
5« Режимы и состав электролитов для электрохимической обработки стали различных марок
Материал Электролит *a> A/cm2 U, В °эл» м/с ’C n, % — Параметр шерохова- тости, мкм
Ra Rz
Железо Армко 15 % КС! 15 % NaNOr 3—18 6—20 9,6 20 — 35 86—114 0,6—5,0 0,63—1,25 0,32—0,63 —-
Сталь: 15 % КС1 4—15 80—90 «— 10—40
20 15 % KNO3 15 % Na2SO4 5—19 7—42 3,2 —9,6 2—35 4—14 — 10—20
У8 15 % КС! 15 % KNOb 15 % Na2SO4 4—15 6—25 7—46 3—8 20— 50 96—137 2—16 6—12 0,63—2,5 0,63 — 1,25 0,63 — 2,5 10—80
У12 15 % КС1 15. % KNO8 15 % Na2SO4 3,2—15 4—16 5—17 7—34 3—10 109—136 2—32 6—58 1,25 — 2,5 0,63—1,25 10—40 10—20
15 % КС! 5—17 20 — 80 100 — 20—80
20X13 15 % NaNOs 15 % NaCl 4—17 8—15 20 — 50 24 — 74 | 0,16—2,5 | 1 -
15 % KC1 5—16 20— 80 60—89 0,32 — 2,5 10—80
12Х18Н9 15 % NH4C1 15 % NaCl + 4- 15 % NaNO3 5—14 5—16 8 8—17 2C 20— 80 66 25 — 58 0,32—0,63 0,32—2,5 10—40
15 % KC1 3—15 2,5 3—14 6 2—8 9 50— 2C 80 1 80—112 101 0,63 — 2,5 10—20 20—40
15Х11МФ 15 % NaNO3 3—15 0,1 5 — 25 3 2—8 8 20 — 80 3,5—7 15—20 0,32 — 2,5 0,63—2,5 —
15 % Na2-SO4 3—10 0,12 2—10 2,6 2 — 8 5—11 12—15 0,32—1,25 0,32 — 0,63 —
15 % KCI 3 4 2 2C I 83 — 20—40
08Х15Н24В4ТР 15 % NaNOs 15 12—25 31 — 51 0,16 — 0,63 —
0,1—3,5 3—6 2—8 20 — 80 5—51 0,32—2,5 —
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
Продолжение табл. 5
Материал Электролит A/cm* U, В °эл» м/с t, °C П, % Параметр шерохова- тости, мкм
Ra Rz
08Х15Н24В4ТР 15 % Na2SO4 3 0,12 2—7 2,8 3—18 2—8 20—90 20—30 6—17 11 94—116 0,32 — 1,25 0,32—0,63 0,16—1,25 10—20 10—40
7,5 3—8
18Х2Н4ВА 15 % NaCl 15 % KNO3 15 % Na2SO4 3,2 — 15 20—50
4 — 21 | I 3—9 0,8—5,0 6—16 1,25—2,5 0,63—2,5 0,16—0,32 0,32—0,63 1,25—2,5 0,63—2,5 1,25—2,5 0,63—2,5
4 — 45 15 16 4—17 5—21 5 — 30 3—10
ХН65ВМТ^ 15 % (NH4)2SO4 15 % (NH4)2SO4 4- 4- 15 % NaNOs 15 % NaCl 15 % NaNO3 15 % Na2SO4 16 2 20—25 20—30 100
3—15 3—8 20—50 70—83 70—80 80
3—10
ХН55ВМТКЮ | 10—15 % (NH4)2SO4 1 — 15 1 1 3—24 4,5—9 | 35 — 80 100
ЖС11К 10 % KC1 4- 4- 10 % NH4C1 4- 4-0,5 % NH4F 6,5 25 9 20 1,25—2,5 —
ХН77Т1СР 10 % (NH4)2SO4 4- 4- 2 % KC1 1 — 15 5—27 80 0,16—0,63 —
XH80TBKJA 15 % KC1 2,5 — 15 6—10 20—50 100 0,16 — 1,25
Обозначения: fa — анодная плотность тока; U — напряжение на электродах при обработке; оэл — скорость
потока электролита в межэлектродном зазоре; t — температура исходного электролита; т) — выход по току анодно-раство-
ряемого металла.
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ.
3 Попилов Л,
Рис» 12. Классификация станков для электрохимической обработки
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
66 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 13. Структурная схема источ-
ника тока серии ВАК:
Рис. 14. Структурная схема управ-
ления и питания током установки
для ЭХРО:
1 * блок циклового управления;
2 система контроля и регулиро-
вания параметров электролита; 3 —
источник тока; 4 — система отсчета
координатных перемещений; 5 —*
электропривод подачи; 6 — элек-
тропривод главного движения; 7 —
система управления вспомогатель-
ными агрегатами; 8 — электрохи-
мическая ячейка
1—блок питания цепей управле-
ния; 2 — схема защиты и стабили-
зации; 3 — схема автоматического
регулирования; 4 — схема управ-
ления тиристорами; 7 — блок
тиристоров
Рис. 15. Структурная схема источ-
ника тока:
1 — блок циклового управления;
2 — регулятор напряжения и тока
(или коммутатор); 3 — силовой
трансформатор; 4 — выпрямитель;
5 — фильтр; 6 — система защиты электродов от короткого замыкания; 7 —
короткозамыкатель; 8, 9 — датчики тока и напряжения; 10, 11 — датчики
тока и напряжения; 12 — сравнивающие устройства; 13 — приборы визу-
ального контроля; 14 — усилители мощности; 15 — электрохимическая
ячейка
аналогичных механических операций (точения, резания, шлифования
и т. д.) без непосредственного контакта инструмента с заготовкой.
На рис. 12 дана общая классификация станков для ЭХРО,
в табл. 6—9 приведены характеристики современных станков промыш-
ленного производства, предназначенных для ЭХРО. Характеристики
источников питания током станков для ЭХРО указаны в табл. 10—12
и на рис. 13—18.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
67
Рис. 16. Схемы выпрямителей и графики их токов и напря-
жений
68 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис, 17, Электросхема источника тока серии ВАкГ
Рис, 18, Структурная схема установки для ЭХРО;
1 стабилизатор напряжения; 2 —• устройство контроля межэлектродного
промежутка; 3 — регулятор скорости подачи; 4 устройство контроля пе-
ремещений; 5 — устройство контроля параметров электролита; 6 — привод
подачи; 7 — трансформатор; 8 — регулятор напряжения; 9 —- блок выпря-
мителей; 10 — электрод-инструмент; 11 — стол с приспособлением и де-
талью; 12 главный насос подачи электролита; 13 —♦ вспомогательный насос?
14 центрифуга; 15 — резервуар; 16 — вытяжная вентиляция; 17 —- сброс
шлама; 18 *-• ввод сжатого газа; 19 *- устройство дозирования подачи сжатого
газа; 20 датчик линейных перемещений; I — IV «• блоки
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
69
6. Оборудование для ЭХРО и примеры выполняемых операций
Группа станков Примеры выполняемых операций Марка или модель станка
Копировально- прошивочные Гравирование и обработка неглубоких полостей Изготовление высокоточ- ных пресс-форм для холод- ного выдавливания кониче- ских шестерен, дисковых пресс-форм со сложными многоэлементными гравю- рами Обработка: сложных профильных ка- налов, копировально- прошивочные операции, гравирование гравюр ковочных штам- пов панелей, кронштей- нов, формообразование сложных полостей, про- шивка фасонных отвер- стий крупных до (480—850) X Х450 мм штампов пресс- форм, кокилей, отверстий сложных форм, по наруж- ному и внутреннему кон- туру ковочных штампов, пресс- форм размером до 350X X 780 X 80 мм, сквозных и глухих полостей различ- ной формы то же до 250 X 300 X X 160 мм то же до 480X 350X X 400 мм Различные копировально- прошивочные операции и формообразование слож- ных полостей СЭП-902М, АТ-80, АТ-90 ЭХКП-Ь Э-402, Э-460 ЭХП-1 ЭКУ-400 4424 4421 4422, 4423 4А423ФЦ ЭКУ-150, ЭКУ-151, АГЭ-10,> АГЭ-11, Э-468, ЭКГ-151. 4420Ф4, 4423ФЦ
Прошивочные Прошивание щелей и глу- боких отверстий Прошивание фасонных от- верстий в нежестких дета- лях без труднообрабатывае- мых материалов; прошива- ние большого числа отвер- стий в листовых заготовках Обработка конических по- лостей 4427, ЭПЛ-320, ЭПЛ-630, ЭПЛ-1000, ЭХЭС-3, ЭСВК-2 4422, 4423, 4427 ЭГП
Для разрезания Разрезание труднообраба- тываемых материалов МА4428, МА4429, ЭЗ-23, ЭЗ-32
Для обработки пера лопаток Обработка лопаток длиной: 100—170 мм до 200 (300) мм до 630 мм до 1200—1500 мм ЭГС-100, ЭГС-150,- ЭХО-1, АГЭ-3 ЭХО-2, ЭХО-ЗОО, АГЭ-2; ЭХС-10А, МЭ-77 МЭ-57 МЭ-75, ЛЭ-145, ЛЭ-146, ЛЭ-156, ЛЭ-158f ЛЭ-159
70 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Продолжение табл. 6
Группа станков Примеры выполняемых операций Марка или модель станка
Для обработки тел вращения Комбинированная токар- но-копировально-проши- вочная обработка; обработ- ка наружных и внутренних поверхностей 4412
Для удаления заусенцев ка- либровки и кон- турной обра- ботки Удаление заусенцев на зуб- чатых колесах Полуавтоматический цикл (удаление заусенцев, скругление кромок) Автоматическая обработка по всему циклу (подготовка, снятие заусенцев, промыв- ка, пассивация, сушка) ЭЗ-9Д,- ЭЗ-65 4405, 4406, 4407, 4408Д, 4420,- 4420Д, 4450, 4413, 4432 МА-31М
Для обработки глубоких отвер- стий Калибрование,- формирова- ние полостей, протягива- ние пазов в заготовках валов (труб) ЭХО-6,- ЭХО-8, ЭХТ-1500
Для контурной вырезки и доводки Сложно-контурные вырезы Контурная доводка Ручная контурная доводка по чертежу-шаблону 4429 4462ФЗ ДСФ-1, ДСФ-2
Для маркирова- ния Маркирование: ручное автоматическое, бестра- фаретным методом автоматическое подшип- ников и других массовых деталей программное# универ- сальными матричными электродами автоматическое маркиро- вание режущего инстру- мента ЭХМ-1А, ЭК-1 4401, ПЭМ-1М МЭ311, МЭ301# ГРЭМ-1, ГРЭМ-2 МЭ316, ЭХМ МЭ309
Для шлифования Шлифование: плоское профильное ЗЭ730, ЗЭ731, ЗЭ754ЛФ1 ЗЭ754Л
круглое наружной и вну- тренней поверхности труднообрабатываемых материалов одной поверхности ЗЭ70Ф2 ЗЭ110М СШ101
Для заточки инструмента Заточка: твердосплавных резцов сверл фрезерных головок разнообразного инстру- мента (универсальные станки) ЗЕ624Э# 3653Э ЗЭ667 3762 3625Э, 3622Э
Для хонингова- ния и супер- финиширования Хонингование Суперфиниширование Доводка штампов, пресс- форм литейных форм после электроимпульсной обра- ботки 3820Э, 3822Э 38711БЭ Э3101
7« Технические характеристики копировально-прошивочных станков
Параметр Э-402 ЭХКП-1 4А423ФЦ 4421 4422 4423 4424 ЭХП-1 Э-468 1 ЭКУ-150 ЭКУ-400 i
Размеры стола для установки обрабаты- ваемой заготовки, мм; 0700
длина 600 400 160 250 400 630 600 530 600 900
ширина Максимальные раз- меры обрабатывае- мых заготовок, мм: 400 630 250 400 630 1 000 400 530 800 750
длина 500 400 480 350 250 — 480 400 500 150 400
ширина 500 300 350 280 300 — 850 300 500 150 400
высота 500 250 400 80 160 — 450 300 500 150 380
Максимальная пло- щадь обрабатывае- мой поверхности, см2 250 200 500 75 150 300 600 12Г) 350 80 500
Максимальное рас- стояние от торца ка- тододержателя до по- верхности стола, мм 550 400 250 315 500 1 000 845 550 515 800
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
Параметр Э-402 ЭХКП-1 4А423ФЦ 4421
Максимальный ра- бочий ход электрода, мм 200 160 200 —
Максимальное дав- ление электролита, МПа 2,0 2,5 1,8
Максимальный ток, А 7000 5000 3200 (6300) 1600
Напряжение, В 12 12 24 (12) 24
Габаритные разме- ры, мм;
длина 2000 — 1300 1050
ширина 2500 — 900 820
высота 2850 — 2950 1750
Площадь, занимае- мая станком, м2 25 — 22 —
Масса станка, кг — — 4500 1100
Продолжение табл. 7
4422 4423 4424 ЭХП-1 Э-468 ЭКУ-150 ЭКУ-400
200 — 400 380 220 150 400
— — 1,6 — 2,0 0,9 0,6
3200 6300 12 500 (25 000) — 10 000 600 10 000
12 (24) 12 12 *- 12 12 15
1400 — 2 500 1875 1 100 3500 6 000
1720 — 1 860 1520 1 000 2530 5 000
3020 — 3 600 3115 2 600 2300 3 900
19 — 50 — 20 30
4500 *- 10 000 2500 2 000 5380 17 000
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
8. Технические характеристики электрохимических станков для обработки лопаток
Параметр МЭ-77 МЭ-57 МЭ-75 ЭХО-1 ЭХО-1А ЭХО-2 ЭХА-300 АГЭ-2 АГЭ-3 ЭХС-10А ЭХС-14 Э ГС-100 Э ГС-150 ЭХС-ЮАМ
Наибольшая длина пера ло- патки, мм 250 400— 630 630— 1250 80 — 160 80— 160 150— 300 150 — 300 170— 250 65 — 170 200 350 20 — 100 80 — 150 200
Рабочий зазор, мм 0,05 — 0,2 0,05— 0,5 ' — 0,15 — — — — — — — — — 0,02— 0,15
Длина хода электродов, мм 80 140 (ниж- ний) 250 (верх- ний) — 20 Рабо- чая — 20 Рабо- чая — 2 — 50 •12—18 12 — 25 25 —
Установочная скорость переме- щения электро- дов, мм/мин 200 600 — — — 8 8 126 — — — 170 170 60 — 80
Частота вибра- ции электродов, Гц 20—50 0 0 0 0 0 0 0 0 20—50 20—50 0 0 0
Максимальный рабочий ток, А 6300 10 000 6300 X X 4 4500 4500 10 000 12 000 6000 4000 5000 — 500 5000 5000
Рабочее напря- жение, В 10—12 12 До 24 12 12 8—18 8—14 12 14 6—13 — 12 12 12-1-8
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
Параметр МЭ-77 МЭ-57 1О £ ЭХО-1 ЭХО-1А
Объем баков электролита, м8 2,6 8,0 — *— 1,7
Рабочее давле- ние электроли- та, МПа 0,5 0,85 — 0,5 — 0,65 0,5— 0,65
Габаритные раз- меры станка, мм:
длина 1920 2 520 15 750 1050 1045
ширина 770 1 420 13 130 1020 1020
высота 1290 2 780 2 850 1850 1850
Масса, кр 2000 7 350 15 350 900 900
Точность обра- ботки по профи- лю, мм — 0,3 0,5 0,2— 0,35 —
Скорость рабо- чей подачи, мм/мин — 0,1 — 3,0 9,03 — 2,1 0,3- 1,5 0,8— 1,5
Количество электродов 2 2 4 2 2
Продолжение табл. 8
ЭХО-2 ЭХА-300 АГЭ-2 АГЭ-3 ЭХС-10А ЭХС-14 эгс-юо ЭГС-150 ЭХС-ЮАМ
1,7 1,7 — 1,5 — 1,7 1,7 1,5
0,4 — 0,65 0,5— 0,8 0,4 — 0,6 0,6 — — — — 0,3— 0,5
1330 1 700 1370 1090 1300 1800 — 1500 —
1180 1 610 1605 1470 300 1000 — 900 —
1960 2 080 2100 1700 1100 1200 — 2000 —
1600 2 500 2500 1800 •— — — 1500 —
0,3— 0,5 — 0,15— 0,36 — 0,1 — 0,2 — 0,2 0,2 0,1 — 0,2
0,2 — 1,0 0,2 — 5,0 0,06— 0,8 0,1 — 0,6 — — 0,2— 2,0 0,2 — 2,0 —
'2 2 2 2 2 — — — 2
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
9. Технические характеристики станков для электрохимического удаления заусенцев
Параметр 4405 4406 4407 4408Д 4420 4420Д 4420ДА 4450 ЭЗ-47 ЭЗ-93
Наибольший размер (ширина) обрабатываемой детали в плане, мм 50 125 320 80 200 200 200 500 05; Н = 50 050 — 200; Н = <= 10 — 100
Размеры стола, мм 200 X X 160 300X250 500X400 250Х Х400 250 X Х400 400X630 400X630 400X630 400 X Х500 450X220
Наибольшее рас- стояние от стола до рабочей по- верхности тра- версы 230 250 320 320 320 400 560
Ход траверсы, мм 140 200 250 110 140 140 140 180 — 300
Емкость бака для электролита, л 320 600 1000 220 220 380 380 380 60 1000
Наибольший расход электро- лита, л/мин 60 150 300 180 180 180 200 180 22 До 300
Давление про- качки, МПа Наибольший ра- бочий ток, А Длительность обработки (ре- гулируемая), с 0.15 0,18 0,18 0,23 0,23 0,23 0,35 0,23 0,05 0,3
500 1000 2000 600 600 600 1500 1500 30 1600
15—60 15—60 15—60 — — — — — — 15 — 60
Установочная мощность, кВт 20 43 80 24 13 24 54 27 1,5 80
Габаритные раз- 840 X 1080Х 1320Х 1100Х иоох 1300Х 1300Х 1300Х 800 X 1000Х
меры станка Х780Х X 1275 X X1830X Х900Х Х900Х X иоох X ИООХ х иоох Х750Х X 1000Х
(длинах шири- нах высота), мм Х1665 X 1510 X 1510 Х2000 Х2150 X2150 Х2150 X2300 X 1260 Х2250
Масса станка, кг 550 850 1300 1050 1000 1550 1550 1500 600 1300
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
76 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ .ВОЗДЕЙСТВИИ
10. Технические характеристики источников питания
током серий ВАК и ВАКР
И * . к ная мощ- выходе, Ф О я 'о я Диапазон установок стабилизи- рованного 2 я .
Источник тока и о а, я я Си О) О S»® напряжения при нагруз- ках от 0,1 st X я S ч
44 № 3s я ч я л Ч w Я X X a So д ч х Ч 2 Я О к я ^ном Д° ^ном> )Д ох воды, :нее
S к я S 55 * X X s * ь «а* ± Е X для режима
° а X Е ° D.S Хед ° OPQ X I д ж3 а X Д Е I II 3^ х
ВАКР-100-12У4 ВАК-100-12У4 100 12 1,2 13,2 6—12 3 — 6 Есте-
ВАК-100-24МУ4 24 2,4 26,5 12 — 24 3—12 ственное
ВАК-100-36У4 36 3,6 40 18—36 6—18 воздуш- ное
ВАКР-320-18У4 320 18 5,76 20 9 — 18 3—9
ВАКР-630-12У4 12 7,56 13,2 6 — 12 2—6 0,2
ВАКР-630-24У4 630 24 15,12 26,5 12—24 3—12
ВАК-630-48У4 48 30,24 53 24 — 48 6—24 0,3
ВАКР-1600-12У4 12 19,2 13,2 6—12 3-6 0,4
ВАКР-1600-24У4 1 600 24 38,4 26,5 12 — 24 3—12
ВАК-1600-48У4 48 76,8 53 24—48 6—24 0,5
В АКР-3200-12У4 ВАК-3200-12У4 12 38,4 13,2 6—12 3—6 0,96
В АКР-3200-24У4 В АК-3200-24У4 3 200 24 76,8 25,5 12 — 24 3—12 0,6
ВАК-3200-48У4 48 153,6 1 53 | 12 — 241 6 — 24
В АКР-6300-12У4 ВАК-6300-12У4 6 300 12 75,6 | 13,2 | 6— 12| 3 — 6 0,9
В АК-6300-24У4 24 1151,2 | 25,2 | 12 — 241 I 6—12
ВАК-12500-12У4 12 500 12 150 13,2 6—12 | 3--6 | 1 1,8
В АКР-12500-24У4 24 300 25,6 12 — 24 3—12 3,5
ВАК-25000-24У4 24 600 25,2 5,0
В АК-25000-48У4 25 000 48 1200 49,2 24—48
6 — 24
В АКР-25000-48У4 10
Примечания’ 1. Режим I в соединение сетевой обмотки преобра»
вовательного трансформатора в треугольник; режим И соединение сете-
вой обмотки преобразовательного трансформатора в звезду.
2. Точность стабилизации выпрямленного напряжения в режиме I в диа-
пазоне изменений напряжений ± 10%.
3. При использовании агрегатов в качестве иеточникоз тока электро-
химических станков, работающих со стабилизацией напряжения в диапа-
зоне токов от нуля до номинального значения, к выходным клеммам (шинам)
агрнгата необходимо подключать балластное сопротивление для нагрузки
агрегатов током не менее 5% номинального.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
77
11. Технические характеристики нерегулируемых источников
питания током для станков электрохимической обработки
Источник тока Схема выпрямления Напряжение, В Ток, А
ИПП-3000/12 Трехфазная мостовая 14, 16 3 000
ИПП-5000/14 14, 16, 18 5 000
ИПП-5000/24 23, 32, 40
ИПП-10000/12 Двойная звезда с урав- нительным реактором 10, 12, 9, ; 12, 15, 18 10 000
ИПП-10000/18 10 000
ИППС-300 Трехфазная мостовая и двойная звезда с урав- нительным реактором 60 270
ИППС-600 600
ИППС-5000/12 12, 15, 20, 30 5 000
ИППС-10000/12 10 000
ИППС-30000/18 18, 21, 27, 36 30 000
ВАСТ 20/800 Трехфазная однополу- периодная 20 800
ВАКОС 630/27 Двойная звезда с урав- нительным реактором 21, 24, 27 1 630
ВАКОС 1600/27 1 600
ВАКОС 3200/36 30, 33, 36 3 200
78 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
12. Технические характеристики регулируемых источников
питания током для станков электрохимической обработки
Источник тока Схема выпрямления Выпрям- ленное напря- жение, В Номинальный ток, А
ВСМР-200-6А Трехфазная мосто- вая 6, 12 100, 200
ВСМР-600-6 300, 600
ВСМР-1200-6 600 — 1200
ВСМР-2000-6А 1000,- 2000
ВСМР-5000-6А 2 500, 5 000
£АКГ 18/9-320 Шестифазная с урав- нительным реакто- ром 18, 9 320
ВАКГ 12/6-630 12, 6 • 630
ВАКГ 12/6-1600 1 600
ВАКГ 12/6-3200 3 200
Серии ВАКР и ВАК Шестифазная с уравнительным реактором 3 — 12 100, 630, 1 600
3—24 3 200, 6 500, 12 000, 25 000
Серия ИПТУ Трехфазная 4—15 315, 630, 1 600
Шестифазная 3 200, 5 000, 10 000 25 000
РНТО-190-63 Без выпрямления,- переменный ток 50 Гц 0 — 190 6
РНТО-330-63 0—330
РНТО-190-250 0—190 250
РНТО-330-250 0—330
PH ТО-190-600 0—190 600
РНТО-330-600 0—330
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
79<
13. Технические характеристики токоподводов
Номи- нальный ток уста- новки, А Тип токоподвода Сече- ние, мм2 Плот- ность тока, А/мм2 Сопро- тивление 1 м при 70 °C р -106 Ом/м Напря- женность, В/м Потери МОЩ- НОСТИ, кВт/ч
2 500 МГГ 240 360 6 57,5 0,144 0,364
МЗ-120Х 10 1 200 2,08 17,2 0,048 0,i 07
2ХМЗ-80Х 10 1 600 1,56 12,9 0,032 0,080
2ХМЗ-120Х 10 2 400 1,04 8,6 0,0215 0,0537
2Х АЗ-80Х10 1 600 1,56 21,4 0,0535 0,134
2Х АЗ-120Х 10 2 400 1,04 14,3 0,0356 0,089
5 000 МГГ 240 360 13,9 57,5 0,288 1,46
2ХМГГ 240 720 6,95 28,7 0,142 0,72
ЗХМГГ 240 1 080 4,63 19,2 0,096 0,487
2ХМЗ-120Х10 2 400 2,08 8,6 0,043 0,215
4ХМЗ-120Х10 4 800 1,04 4,3 0,0216 0,108
4Х АЗ-120Х 10 4 800 1,04 7,15 0,0356 0,178
5ХАЗ-120Х10 6 000 0,83 5,72 0,0286 0,143
10 000 ЗХМГГ 240 1 080 9,3 19,2 0,192 1,95
4ХМГГ 240 1 440 7,0 14,3 0,143 1,455
4ХМЗ-120Х 10 4 800 2,08 4,3 0,043 0,43
5ХМЗ-120Х 10 6 000 1,67 3,44 0,0344 0,344
6ХМЗ-120Х 10 7 200 1,39 2,86 0,0286 0,286
8ХМЗ-120Х 10 9 600 1,04 2,15 0,0215 0,215
6Х АЗ-120Х 10 7 200 1,39 5,72 0,0572 0,572
8Х АЗ-120Х 10 9 600 1,04 3,56 0,0356 0,356
15 000 8ХМГГ 240 2 880 5,22 9,22 0,138 2,1
8ХМЗ-120Х 10 9 600 1,57 2,78 0,0417 0,025
12ХМЗ-120Х 10 14 400 1,04 1,84 0,0276 0,415
8Х АЗ-120Х 10 9 600 1,57 3,55 0,0532 0,796
12Х АЗ-120Х 10 14 400 1,04 2,32 0,0348 0,52
Примечание. Токоподврды МГГ 240 при номинальном токе 2500 А
охлаждают водой с расходом 7 л/ч# типа МГГ 240 и типа 4ХМГГ 240 при
номинальном токе 5000 А —• с расходом 30 л/ч, типа 2X МГГ 240 и 3X МГГ 240
с расходом 14 л/ч; типа 2ХМГГ 240 и ЗхМГГ 240 —* с расходом 40 л/ч.
Остальные охлаждают воздухом.
80 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ, ^ВОЗДЕЙСТВИИ
L Технические характеристики насосов для электрохимических станков
Марка насооа Подача, м’/ч Напор полный, МПа Мощность электродви- гателя, кВт Габаритные размеры, мм Приме- чания
ХБ-45/165 45 1,65 55 1970X 575X681 Корро-
ХБ-20/190 20 1,9 40 1818X585X681 зионно-
НЦВ-40/80 40 0,8 19 560X770X951 устойчи-
НЦВ-40/20 40 0,2 4,5 455X450X823 вые
2Х-6Е-1 12-29 0,34 — 0,25 7,5 1196Х540Х 485
2Х-9Е-1 12-29 0,2 — 0,14 5,5 1030X490X405
ЗХ-9Е-1 29—60 0,35 — 0,26 10 1254X540X 425
ЭКН-10/1-П 10 0,9 6,0 485X390X910
1.5Х-6Е-1 5,4— 12,0 0,2— 0,145 4,5 942X490X405
ЗХ-6Е-1 45 0,54 22 1460X560X330
4Х-6К-1 90 0,85 55 1755X755X410
4Х-12К-1 90 3,35 22 1460X560X330
2 ХМС-4Х4К-2Г(1)-Н 20 1,9 40 1818X665X701 Технологи- ческий ток 3 000- 5 000 А
ЗХМС-6ХЗК-2Г-(1)-П 45 1,8 55 1870X650X681 То же 5 000— 10 000 А
15. Технические характеристики центрифуг для электрохимических станков
Параметр ОМД-802Н-1 (ОТН-800) ОГШ-352К-1 (НОГШ-350-4Н) ОГШ-202К-2 (НОГШ-200К-ЗН)
Производительность по суспен- зии, м3/ч 0,8—1,0 1,6—2,0 0,8—1,1
Уровень шума, дБ 80—97 85-90 95-98
Влажность выгружаемого осад- ка, % Эффективность очистки, %: начальная, при свободном ро- торе 70-85 80—85 80—85
80—90 Постоянная
при заполнении ротора осад- ком на 2/8 10—15 80—90 | 80—90
Продолжительность эффектив- ной работы (до выгрузки осад- ка), мин 60 — 150 Неограниченная *2
Мощность привода; кВт 2,1 7,5 5,5
Габаритные размеры, мм 1600Х 1245Х X 1020 1550Х 1095Х Х715 1460Х 1115Х X 1485
Масса, кг 910 915 510
*1 Ручная выгрузка осадка.
_____*2 Осадок выгружается автоматически.____________________________
В табл. 13 представлены данные, необходимые для выбора токо-
подводов к электрохимическим станкам, что при больших силах рабо-
чего тока связано с определенными трудностями. Сведения о комплек-
тующем и вспомогательном оборудовании к установкам ЭХРО, обеспе-
чивающем их нормальную эксплуатацию, даны в табл. 14—15, На
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ РАЗМЕРНАЯ ОБРАБОТКА
81
Рис. 20. Основные схемы глубинного электрохимического шлифования
рис. 19—25 представлены принципиальные схемы выполнения
некоторых технологических операций ЭХРО и эскизы типовых
приспособлений и оснастки для отдельных операций. Данные о ти-
пах электродов — инструментов, применяемых при выполнении
различных операций ЭХРО, приведены на рис. 26.
Одним из новейших и перспек-
тивных способов стабилизации
Рис. 22. Схема струйного элект-
рохимического формообразова-
ния:
1 — катодная втулка, подклю-
чаемая к источнику высокого
напряжения (500—800 В); 2 —
стеклянная или кварцевая
трубка; 3 — тонкое узкое сопло
трубки; 4 — заготовка; 5 — по-
лость,- возникающая при прохо-
ждении тока и протоке электро-
лита (10—15 %-ный раствор
НС1)
Рис. 21. Схема образования ци-
линдрического отверстия:
^отв Диаметр получаемого
отверстия; D3 —. наружный
диаметр металлического элек-
трода (трубки); внутренний
диаметр трубки; 1& — высота
буртика (рабочего пояска)
82 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 24. Трубчатые электроды для
электрохимического прошивания:
а — с канавкой; б —> с уширенным
торцом; Di — диаметр металличе-
ской части; D2 — диаметр электрода
с изоляцией; 1 — трубка; 2 — изо-
ляция; 3 — буртик
Рис. 23. Схема электрохимического
формообразования с применением дву-
сторонних подвижных электродов при
обработке пера турбинных лопаток;
1 •— корпус; 2 — крышка контейнера?
3 — лопатка? 4 — электроды-инстру-
менты
межэлектродного зазора при электрохимической размерной обработке
является импульсно-циклическое перемещение одного из электродов
в соответствии с заданной циклограммой. Так, например, катод-инстру-
мент отводят на величину межэлектродного зазора с помощью магнито-
стрикционного преобразователя, сигнал на обмотку которого подается
в момент касания электродов.
В одном из практически осуществленных вариантов импульсно-
циклическая ЭХРО характеризуется следующими параметрами:
Скоростьподачи электрода-инструмента, мм/мин............. 0,01 — 10
Частота осцилляции шпинделя, Гц ......................... 1 — 10
Амплитуда осцилляции, мм................................. 0,02—10
Межэлектродный зазор .................................... 0,03
Частота тока, Гц . . . •............................. 150
Время нахождения шпинделя в верхнем или нижнем положе-
нии, с ................................................ 0,06—0,15
При использовании импульсно-циклического способа обработки
улучшаются технологические показатели ЭХРО, расширяются техно-
логические возможности обработки сложных фасонных полостей.
О 0,5 1,0 1,5 2,0 h, ММ
Рис. 25. График влияния высоты рабо-
чего (калибрующего) пояска электрода-
инструмента на боковой зазор дб
€8
Рис. 26. Классификация электродов-инструментов для ЭХРО
VXlOSVdgO KVHdSWEVd KV)I33hHWHXOdl)IHIfe
84 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
ТАРИФНО-КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРОХИМООБРАБОТЧИКОВ ПО ЕТКС
2-й разряд.
Характеристика работ. Электрохимическая обработка отверстий
и фасонных поверхностей по 8-у квалитету на налаженных электро-
химических станках. Отрезка заготовок на налаженных дисковых и
ленточных анодно-механических станках. Приготовление электролита
по готовой рецептуре. Очистка центрифуг.
Должен знать: устройство и принцип работы однотипных электро-
химических станков; наименование, назначение и правила применения
наиболее распространенных универсальных и специальных приспо-
соблений; устройство простого и средней сложности контрольно-изме-
рительного инструмента; элементарные сведения по электротехнике
и электрохимии в пределах выполняемой работы; марки материала
применяемых электродов; основные сведения о допусках и посадках,
квалитетах и параметрах шероховатости.
3-й разряд
Характеристика работ. Электрохимическая обработка поверх-
ностей, полостей и отверстий по 12-у квалитету на электрохимических
станках с установлением последовательности переходов и режимов обра-
ботки по технологической карте или указанию мастера (наладчика) с
применением несложной универсальной и специальной оснастки.
Обработка деталей и изделий в размер с применением контрольно-
измерительных инструментов и приборов. Устранение мелких неисправ-
ностей в механической и электрической части станка под наблюдением
мастера. Разрезание заготовок на дисковых и ленточных анодно-меха-
нических пилах с самостоятельным выбором режимов обработки.
Должен знать: см. 2-й разряд.
4-й разряд
Характеристика работ. Электрохимическая обработка поверх-
ностей, полостей и отверстий по 13-у квалитету на однотипных
электрохимических станках с установкой и выверкой обрабатывае-
мых деталей. Выполнение операций по формообразованию фасон-
ных полостей, отверстий тел вращения. Профилирование электродов
электрохимическими методами. Самостоятельная наладка однотип-
ных электрохимических станков по технологической или инструк-
ционной карте и паспорту станка.
Должен знать: устройство, кинематические схемы, правила на-
ладки и проверки на точность обслуживаемых однотипных станков;
принцип действия различных электрических схем электрохимических
станков; основные сведения об изоляционных покрытиях; конструктив-
ные особенности и правила применения универсальных и специальных
приспособлений; устройство сложного контрольно-измерительного
инструмента и приборов; правила установки и выверки обрабатыва-
емых деталей; систему допусков и посадок, квалитеты и параметры
шероховатости.
5-й разряд
Характеристика работ. Электрохимическая обработка поверх-
ностей и отверстий особо сложных деталей по 14-у квалитету на элек-
трохимических станках различных типов. Доводка деталей в соот-
ветствии с техническими условиями. Шлифование и полирование
на электрохимических станках. Проверка обрабатываемых деталей
электрохимическая размерная обработка
85
с помощью оптических приборов. Наладка электрохимических станков
различных типов и мощности с устранением неисправностей в механи-
ческой и электрической части. Установление последовательности
обработки сложных деталей и режимов работы станков.
Должен внать: конструктивные особенности, кинематические
схемы, способы наладки и проверки на точность станков различных
типов; принцип выбора и установления режимов; связь между пара-
метрами режимов, производительностью, точностью и чистотой обра-
ботки; правила настройки и регулирования сложного контрольно-
измерительного инструмента и приборов; технологические особенности
обработки твердых и жаропрочных сплавов, полупроводниковых
материалов; методы проверки электрических схем; принцип действия
источников питания; правила выбора жидких сред в зависимости от
видов обработки и марки обрабатываемого материала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анодно-гидравлическая обработка фасонных поверхностей/
В. А. Гусев, С. С. Данилов. С. Г. Иоффе и др. Л.: ЛДНТП, 1974. 17 с.
2. Волков Ю. С. Закономерности бесконтактного электрохимиче-
ского формообразования. — Станки и инструмент, 1977, № 9, с. 28.
3. Галиева Р. И. Размерная электрохимическая обработка по-
верхностей неподвижным электродом-инструментом с применением
трафаретов. — В кн.: Размерная электрохимическая обработка де-
талей машин. Ч. II. Технология, оборудование и инструмент. Тула:
ТПИ, 1975, с. 23—25.
4. Караськов И. Г. Анодно-гидравлическая прошивка межлопа-
точных каналов монолитного ротора. Л.: ЛДНТП, 1970, 22 с.
5. Ковалев Л. М., Качеев М. К., Портнов Г. А. Способы очистки
электролита при электрохимической обработке. — Вестник машино-
строения, 1974, № 4, с. 77—78.
6. Лесохин А. А>, Саитов А. В., Косухин Л. Ф. Опыт внедрения
электрохимической зачистки и полирования впадин зубьев шестерен.
Л.: ЛДНТП, 1978. 19 с.
7. Медведев Б. А., Косухин Л. Ф., Иванов В. И. Размерная
электрохимическая обработка сложных винтовых поверхностей. Л.:
ЛДНТП, 1977. 26 с. |
8. Мороз И. И. Основные проблемы и тенденции развития электро-
химических методов формообразования. — Станки и инструмент,
1977, № 9, с. 26.
9. Мороз И. И. Электрохимическое формообразование. Техноло-
гия и оборудование: Обзор. М.: НИИМаш, 1978. 81 с.
10. Оборудование для размерной электрохимической обработки
деталей машин/Под ред. Ф. В. Седыкина. М.: Машиностроение, 1980.
277 с.
11. Основы повышения точности электрохимического формообра-
зования/Под ред. И. И. Мороза. Кишинев: Штиинца, 1977. 152 с.
12. Панов Г. Н., Гарин В. П., Голованчиков М. И. Приближенный
расчет технологических параметров электрохимической размерной об-
работки. — В кн.: Технология машиностроения. Тула: ТПЙ, 1973.
вып. 31, с. 21—33.
86 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ЭЛЕКТРОХИМ. ВОЗДЕЙСТВИИ
13. Песков П. П., Розман Я. Б., Симонов В. И. Электрооборудова-
ние станков для электрохимической обработки. М.: Машиностроение,
1977. 153 с.
14. Размерная электрическая обработка металлов/Под ред.
А. В. Глазкова. М.: Высшая школа, 1978. 336 с.
15. Седыкин Ф. В. Размерная электрохимическая обработка де-
талей машин. М.: Машиностроение, 1976. 302 с.
16. Смоленцев В. П. Технология электрохимической обработки
внутренних поверхностей. М.: Машиностроение, 1978. 176 с.
17. Суслин В. И., Дубовик А. И., Лекарев 3. А. Установка для
удаления шлама. — Электрофизические и электрохимические методы
обработки. 1978, № 4. с. 8.
18. Импульсно-циклическая ЭХО с применением магнитострикци-
онного преобразователя/Ю. С. Тимофеев, Н. И. Иванов, А. П. Голышев,
С. А. Алешин. — Электрофизические и электрохимические методы
обработки материалов, 1979, № 8, с. 1.
19. Уваров Л. Б. Изготовление катодов-инструментов для раз-
мерной электрохимической обработки. — В кн.: Исследования электро-
физических и электрохимических методов обработки металлов. Тула:
ТПИ, 1977, с. 59—62.
20. Черепанов Ю. П., Самецкий Б. И. Электрохимическая обра-
ботка в машиностроении. М.: Машиностроение, 1972. 112 с.
21. Электрохимическая обработка металлов. Кишинев: Штиинца,
1971. 150 с.
22. Электрохимическое формообразование по методу прямого ко-
пирования: Методические рекомендации/И. И. Мороз и др. — М.
ЭНИМС, 1977. 30 с.
часть in
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ
НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Значительную часть методов ЭФХКО составляют методы, при про-
ведении которых материал разрушается и удаляется с обрабатываемой
поверхности путем его расплавления и испарения. Методы, входящие
в эту группу, представлены на рис. 1. Основное их различие заклю-
Рис. 1. Методы, основанные на тепловом воздействии
88 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
чается в форме подвода и виде энергии, преобразуемой в зоне обработки
в технологически необходимую тепловую энергию. Эта же схема пока-
зывает, насколько разнообразны методы группы, что обеспечивает,
в свою очередь, большую широту их технологических возможностей.
Глава 6
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
Основными характеристиками материалов, определяющими
возможность и технологические параметры их обработки тепловыми
методами, являются теплофизические свойства (теплопроводность,
1. Физические свойства металлических материалов
Металл (сплав) Температура плавления, ®С Удельная теп- лоемкость, Дж • кг-1. К-1 Удельная теп- Л«’Р' водность, Вт. М-». К-1 Коэффициент линейного рас- ширения а. 10е, К"1 Удельное со- противление, мкОм.м Температурный коэффициент сопротивления ар.1О3, К"1 Энергия выхода, эВ
Алюминий Бронза; 660 923 218 21,0 0,0265 4,1 4,25
БрА7 1075 105 15,6 — 17 0,1 8
БрАМц9-2 1060 419 63 17—20 0,16—0,18 7,4 —8,5
БрАЖН 10-4-1 1084 75 -19 0,175 4,6 —-9
БрБ2 955 —< 75—84 — 0,065 — —-9
БрКМцЗ-1 1060 — 33 — 42 16 0,265 1,2 —4
БрО4Ц4С17 1045 —* 63—92 18 0,095 — —
Вольфрам 3400 142 167 4,4 0,055 5,0 4,54
Железо Латунь; 1540 453 73,3 10,7 0,097 6,25 4,31
Л68 938 — 109 18 0,071 10 —ч
ЛМЦ58-2 880 92 21,2 0,212 13 —Ч
ЛК80-ЗЛ 835- 916 — 18,8—20,8 0,25 — 0,33 4,75 —»
Л6201 906 — 99 18 0,069 21
Медь 1083 386 406 16,6 0,0168 4,33 4,4 |
Никель Сплав; 1453 440 75,5 13,2 0,068 6,7 4,50
АЛ2 564 ч 176 —
АЛ13 580 —- 20 0,071 18
Титан Томпак; 1670 550 21,9 8,1 0,47—0,55 3,3 —5,5 3,95
Л90 1050 155 18,5 —«
Л96 1070 245 17 0,043 27
Цинк 419 336 113 30,0 0,0592 4,1 4,23
Цирконий 1855 277 29,5 6,3 0,41 4,4 3,9
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
89
2. Поверхностное натяжение о некоторых чистых металлов
вблизи точки плавления
Металл о. 10\ Н/м Металл о.10\ Н/м Металл о. 10s, Н/м
Магний 570 Медь 1350 Железо 1850
Цинк 810 Титан 1600 Кобальт 1890
Кремний 860 Хром 1700 Ниобий 1900
Алюминий 914 Ванадий 1750 Молибден 2250
Марганец 1100 Никель 1800
температуропроводность, теплоемкость, теплота плавления и фазо-
вых превращений, температура плавления и др.).
Между показателями теплофизических свойств материала и техно-
логическими характеристиками процессов тепловой обработки суще-
ствует связь, хотя не всегда явная, так как наряду с ними на течение
процесса влияет множество других факторов, которые иногда оказывают
противоположное действие. Однако, несмотря на это, при проектиро-
вании технологических процессов тепловой обработки и анализе их
результатов необходимо знать теплофизические характеристики и по-
ведение обрабатываемого металла и их изменение в условиях импульс-
ного подвода тепла при большой плотности тепловой энергии.
Некоторые источники подобных сведений перечислены в списке
литературы. В табл. 1—6 приведены справочные данные, относящиеся
к рассматриваемому вопросу.
3. Удельная энергия, требуемая для нагревания,
плавления и испарения различных металлов от 25 °C
Металл Темпе- ратура плав- ления, °C Темпе- ратура испа- рения, °C Удельная энергия, Дж/см3
Нагре- вание Плавле- ние Испа- рение
Золото 1063 2660 2580 3 820 38 220
Серебро 961 2212 2330 3 490 30 300
Медь 1083 2595 3650 5 480 53 600
Алюминий 759 2327 1540 2 610 35 060
Железо 1535 2735 5310 8 040 62 030
Кобальт 1493 3097 5950 8 350 73 570
Никель 1455 2837 5640 8 370 71 150
Вольфрам 3377 5952 8570 12 270 114 511
90 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
4. Физико-механические свойства структурных составляющих
стали и чугуна
Параметр Структурная составляющая
Аусте- нит Феррит Перлит Цемен- тит Графит
Плотность, г/см8 — 7,9 7,8 7,7 2,2 —2,3
Коэффициент ли- нейного расшире- ния, а» 10е °C (20—100 °C) Удельная теплоем- кость кДж/(кг*К) при температуре, К: 17—24 12-12,5 10—11 6-8,5 7,5-8
373 0,50 0,46 — 0,63 0,84
473 — 0,50 н- 0,63 0,92
673 — 0,54 — 0,63 1,12
873 — 0,58 — 0,67 1,34
1173 ₽- 0,71 — 0,71 1,50
Теплопроводность, Вт/(м-К) 42 75 50 7,2 15
Удельное сопротив- ление в относитель- ных единицах — 1 2 14 15
Разрушающее на- пряжение при рас- тяжении, МПа — 4,0 10,0 0,4 —-
Удлинение при раз- рыве, % 50 40 15 0 —
Твердость по Бри- неллю — 85 200 600 3
Б, Радиусы г атомов и ионов некоторых элементой
Эле- мент гэ-1010, м Ион ,и.10-«( м Эле- мент *етО1 Ион ги.1°‘». м
А1 Ti 1,43 1,46 А13+ ТИ+ 0,51 0,68 1 Fe 1,26 Fe2+ Fe8+ 0,74 0,64
V 1,34 Vb+ 0,59 Ni 1,24 Ni2+ 0,69
Сг 1,27 Сг8+ Сг®+ 0,63 0,52 | Си 1,28 Си8+ Си*+ 0,96 0,72
Мп 1,30 Мп*+ Мп4+ 0,80 0,60 1 Со 1,25 Со2+ Со3+ 0,72 0,63
Мп7+ 0,46 W 1,40 w8+ 0,62
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
91
6. Коэффициенты теплопроводности электротехнических материалов
Материал Коэффи- циент теплопро- водности, Вт/(см.°С) Материал Коэффи- циент теплопро- водности, Вт/(см. °C)
Серебро 4,20 Крезол оформ аль- 00,015 —
Медь 3,93 — 4,10 дегидная смола 0,0018
Алюминий 2,096 — 2,100 Меламиноформаль- 0,0015 —
Сталь 0,45 — 0,48 дегидная смола 0,0018
Кварц 0,126 — 0,650 Полистирольные 0,0015 —
Кварц аморфный 0,126 пленки 0,0018
Стеатит электротех- 0,016 — 0,018 Фенолоанилино- 0,0015 —
нический формальдегидная 0,0018
Фарфор электро- 0,013 — 0,016 смола (ФАФ)
технический Фенол ©формальде- 0,0015 —
Фибра 0,011 — 0,014 гидная смола 0,0018
Летероид 0,010—0,012 Электрокартон 0,0015 —
Шифер 0,006 — 0,008 марки ЭВ 0,0018
Талькохлорит 0,005-0,009 Асботекстолит 0,00162 —
Мрамор 0,005 — 0,007 0,00165
Слюда флогопит 0,0050— Дельта-древесина 0,00162 —
0,0061 0,00165
Слюда мусковит 0,0042— Масло трансфор- 0,00150—
0,0048 маторное 0,00164
Миканиты 0,0021 — Полистирольные 0,0015 —
0,0041 смолы 0,0016
Полиэтилен 0,0025 — Резина 0,0015
0,0028 Хлопчатобумаж- 0 0012 —
Полиизобутилен 0,0020— ная ткань, пропи- 0,0025
0,0025 танная лаком
Политетрафторэти- 0,0020— Электрокартон 0,0012 —
лен (фторопласт-4) 0,0025 марки ЭМ 0,0016
Янтарь 0,0021 Глифталевые смолы 0,0012 —
Шеллак 0,0020 0,0015
Полихлорвиниловые 0,0018— Триацетатцеллю- 0,0012 —
смолы 0,0022 лозные пленки 0,0015
Полиметилметакри- 0,0018— Лакоткань 0,0012 —
ловые смолы 0,0020 0,0013
Копалы 0,0018 Асбестовый картон 0,0012
Эбонит 0,0018 Пленкоэлектро- 0,0010 —
Стеклотекстолит СТ 0,00172 — картон (односто- 0,0012
и СВФЭ-2 0,00175 ронний)
Гетинакс всех ма- 0,00170— Политрифторхлор- 0,0007
рок 0,00173 этилен (фторо-
Текстолит всех ма- 0,00170— пласт-3)
рок 0,00172 Хлопчатобумаж- 0,0007
Ацетилцеллюлоз- 0,0015— ная ткань
ные пленки 0,0018 Воздух (тонкие 0,00025 —
Карбоамидные 0,0015 — зазоры) 0,0005
пленки 0,0018
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бокштейн С. 3. Строение и свойства металлических сплавов.
М.: Металлургия, 1971. 496 с.
2. Буткевич Г. В. Дуговые процессы при коммутации электри-
ческих цепей. М.: Энергия, 1973. 263 с.
3. Вертман А. А , Самарин А. М. Свойства расплавов железа.
М.: Наука, 1969. 280 с.
4. Вилсон Д. Р. Структура жидких металлов и сплавов. M.I
Металлургия, 1972. 245 с.
92 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
5. Ершов Г. С., Черняков В. А. Строение и свойства жидких и
твердых металлов. М.: Металлургия, 1978. 248 с.
6. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука,
1964. 180 с.
7. Кржижановский Р. Е., Штерн 3. Ю. Теплофизические свой-
ства неметаллических материалов (окислы). Л.: Энергия, 1973. 376 с.
8. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М. Справочник по тепло-
передаче. М.—Л.: Госэнергоиздат, 1959. 240 с.
9. Лившиц А. Л. Физическая модель процесса объемной электро-
эрозионной обработки. —• Станки и инструмент, 1977, № 9, с. 4.
10. Лившиц Л. С. Металловедение для сварщиков. М.: Машино-
строение, 1979. 253 с.
11. Лыков А. В. Тепломассообмен: Справочник. М.: Энергия,
1972. 560 с.
12. Палатник Л. С. Фазовые превращения при электроискровой
обработке металлов и опыт установления критерия наблюдаемых
взаимодействий. — Доклады АН СССР, 1953, т. 89, с. 455—457.
13. Размерная электрическая обработка металлов/Б. А. Артамонов,
А. Л. Вишницкий, Ю. С. Волков, А. Б. Глазков. М.: Высшая школа,
1978. 336 с.
14. Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке. М.:
Машгиз, 1951. 296 с.
15. Электрическая эрозия сильноточных контактов и электродов.
М.: Энергия, 1978. 256 с.
Глава 7
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
Под общим наименованием электроэрозионная обработка (ЭЭО)
объединена группа методов, характеризующаяся тем, что изменение
формы, размеров, качества поверхности заготовки происходит под
действием электрических разрядов в результате электрической эрозии-
разрушения поверхности электродов при прохождении между ними
электрических разрядов. „В процессах ЭЭО материал заготовки в зоне
обработки плавится и (или) испаряется и удаляется в жидком и (или)
парообразном состоянии. Удаление обычно носит .взрывной (импульс-
ный) характер, протекая в короткий отрезок времени (10“^—10“7 с)
на небольшом участке поверхности, в месте локализации канала раз-
ряда. Канал разряда — это заполненная плазмой цилиндрическая об-
ласть малого сечения, возникающая между электродами, отстоящими
друг от друга на расстояние межэлектродного промежутка. Плазма —
нагретый до высокой температуры ионизированный газ — возникает
в результате прохождения через межэлектродный промежуток потока
электронов в момент, когда напряжение на электродах больше опре-
деленного значения (напряжения пробоя). Механизм процесса подробно
описан в работах [9, 11, 12, 18, 23].
Результатом пробоя и образования канала разряда является раз-
рушение металла поверхности электродов в местах локализации ка-
нала — электрическая эрозия металла (рис. 1). Интенсивность раз-
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
93
Рис. 1. Виды электрической эрозии и основанные на ее использовании методы
обработки
рушения каждого из электродов различна и при прочих равных усло-
виях зависит от полярности электродов, формы и длительности импуль-
сов разрядного тока. Соответственно обрабатываемая заготовка под-
ключается таким образом, чтобы интенсивность ее разрушения (обра-
ботки) всегда была выше интенсивности разрушения (износа) электрода-
инструмента.
На характер протекания и результаты процесса электрической эро-
зии оказывают влияние много различных факторов, например, поляр-
ность и материал электродов, характер окружающей среды (состав,
свойства), электрические и временные параметры подводимых к элек-
тродам импульсов напряжения и тока (форма, частота, скважность,
мощность, полярность и др.), конструктивно-технологические особен-
ности электродов (инструмента-изделия) (рис. 2, 3).
По длительности и характеру импульсов тока (рис. 4, 5), обусло-
вливающих электрическую эрозию, условно различают несколько раз-
новидностей ЭЭО, представленных на рис. 6. На практике иногда бы-
вает трудно провести между ними четкую границу, однако каждая из
этих разновидностей имеет определенную специфику.
94 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис« 2. Схемы электроэрозионного формообразования методами прямого
(а — е) и обратного (ж) копирования:
а—в прошивка отверстий с прямолинейными осями; г — то же, с криволи-
нейной осью; д, е — объемное формообразование полостей; ж — формооб-
разование наружных поверхностей; 1 — заготовка; 2 — электрод-инструмент;
S направление подачи
Рис. 3. Схемы различных операций электроэрозионного формообразования
при взаимном перемещении электродов:
а, б, в, г —- вырезание сложнопрофильных деталей и разрезание заготовок
(/) непрофилированным электродом-инструментом (2); dt е шлифование и
расточка стержневыми и дисковыми электродами
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
95
Рис. 4. Импульсы напряжения и тока, используемые для ЭЭО:
а — в /?С-генераторе; б — прямоугольные, униполярные; в — прямоуголь-
ные биполярные; г — с поджигающим импульсом; д — гребенчатые; е — тра-
пецеидальные
Рис. 5. Параметры прямоугольных (а) и гребенчатых (б) импульсов генера-
торов серии ШГИ:
1 — напряжение холостого хода при совместной работе силовых блоков и блока
«поджига»; 2 — напряжение холостого хода при работе силовых блоков;
3 — напряжение холостого хода; 4 — напряжение при работе; 5 — импульсы
разрядного тока; 6 — пакет импульсов; 7 — поджигающий импульс; 8 —
силовой импульс; 9 —« импульс напряжения на эрозионном промежутке после
и -пробоя; 10 силовые импульсы; 11 » «защитные» импульсы
96 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Электроискровая обработка (ЭИС) характеризуется короткой дли-
тельностью импульсов (Юг5—10”7 с), сравнительно небольшой их энер-
гией, обычно прямой полярностью подключения электродов (заго-
товка ф, электрод ф) отсутствием механического касания электродов
между собой.
Электроимпульсная обработка (ЭИМ) — разновидность ЭЭО, для
которой типичны повышенная длительность импульсов (10“4—10”* с),
повышенная энергия импульсов и обратная полярность подключения
электродов, а также отсутствие их механического контакта.
Электроконтактная обработка (ЭКО) — также разновидность ЭЭО,
но существенно отличающаяся по характеру явлений, протекающих
между электродами, которые в течение определенных промежутков
времени находятся в соприкосновении друг с другом. Теплота, рас-
плавляющая и (или) испаряющая металл, возникает лишь частично
за счет прохождения электрического разряда. Определенная доля
теплоты вводится при прохождении тока через сопротивление кон-
такта. ^Часть теплоты возникает в результате трения.
В зависимости от напряжения на электродах и других условий
проведения ЭКО может характеризоваться большим разнообразием
параметров процесса и результатов их технологического использо-
вания.
В практике ЭФХКО наибольшее распространение имеют виды
ЭКО, при которых преобладает тепловыделение за счет дугового раз-
ряда между электродами, что обычно происходит при повышении
напряжения на электродах (>10 В). Различие в интенсивности эрозии
обрабатываемого изделия и электрода-инструмента определяется при
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
97
нм3/мин
Рис. 7. Зависимости производительности съема (мм3/мин) и относительного
износа (Q) инструмента от амплитуды импульсного напряжения (генератор
ШГИ-40-440; рабочая жидкость — керосин);
f = 100 кГц, Zcp= 17,5 А$
А; 3 — f=44 кГц, /ср=22 А; б — электроды из
а — электроды из стали 45 ( —) и меди Ml (+); 1
2 = 66 кГц; /ср=17,5
твердого сплава ВК8 (+)
и латуни ЛС59-1Л (—);
/— f = 100 кГц; /с =
= 19 А; 2 — f=66 кГц;
'ср = 23 А; 3 - f =
= 44 кГц, = 22 А
ср
Рис. 8. Зависимость ам-
плитуды тока от длитель-
ности импульсов разряд-
ного тока при различной
шероховатости обрабо-
танной поверхности (ге-
нератор ШГИ-40-440;
электроды из стали
45( —) и меди Ml (Н-)»
рабочая жидкость — ке-
росин)
ЭКО не полярностью электродов, а конструктивно-технологическими
особенностями выполнения операций.
Характеристики ЭИС и ЭИМ обработки приведены совместно,
так как практически они используются вместе и часто проводят на од-
ном и том же оборудовании с изменением электрических режимов
и технологических приемов обработки. Данные, относящиеся к ЭКО,
приведены обособленно с учетом специфики метода. Области практи-
ческого применения ЭИС и ЭИМ обработки указаны в табл. 1—4, ха-
рактеристики на рис. 7, 8. Приведенные примеры охватывают лишь
4 Попилов л. я.
1. Типовые операции ЭЭО
Операция Предпоч- титель- ный ва- риант ЭЭО
Вырезка шаблонов ЭИС
Извлечение сломанного инструмента ЭИМ
Изготовление!
матриц и съемников стальных вырубных штам- ЭИС
пов
ЭИМ
матриц для экструдирования ЭИС
ЭИМ
масок и трафаретов ЭИС
пластинчаты» пружин и мембран ЭИС
ЭИМ
сеток электровакуумных приборов ЭИС
стальных кузнечных штампов ЭИМ
сложнопрофильных канавок во втулках ЭИС ЭИМ
соединительных каналов и отверстий в трудно- ЭИС
доступных местах пневмо- и гидроаппаратуры
сложнопрофильных деталей электронных при- ЭИС
боров
твердосплавных штампов (в том числе высадоч- ЭИС ЭИМ
твердосплавных волок и волочильных досок, ЭИС
фильер для волокна ЭИМ
Исправление брака в стальных закаленных дета- ЭИМ
лях
Изготовление технологического инструмента для ЭИС
производства изделий электронной техники
Изготовление роторов цельных и с лопатками, ЭИМ
дисков
Многоинструментальная прошивка решеток, сит, ЭИС
деталей теплообменников
Эффектив- ность Типовое оборудование
1 — 3; 5 1; 5 — 7 14531ФЗ, 4532ФЗ, 473ФЗ 4А611, 4Б611 4531ФЗ, 4532ФЗ, 4732ФЗ, 4735ФЗ
1 — 3; 5 4Д721, 4Д722В, МА47204 4531ФЗ, 4532ФЗ, 4732ФЗ, 4735ФЗ 47721М, 4Д722В, 4Д722АФЗ
1—3; 6 1—5 1; 3; 5 1—5; 7 1; 2; 4; 7 1—3; 5 4Г721М, МА47204, 4531ФЗ, 4732Ф. 4Г721М, МА47204 4Д722В, 4Д722АФЗ 4Г721М, МА47204 4Д722А, 4Д722В, 4Е723, 4Е724, 4Е726, 4726 МАЧ720У, 4Г721М 4Д721, 4Д722, 4Е723, 4Д722А, 4Д722В
7 Нестандартное
1—4; 7 4Г721М, 4732ФЗ, 4735ФЗ
4; 6 2; 4; 5 1 — 4; 7 1; 2; 5; 7 1; 4 — 6 4531ФЗ, 4532ФЗ, 4732ФЗ, 4735ФЗ 4Д722А, 4Д722АФЗ, 4Д721, 4Д722В 4Г21М, МАЧ720У 4Д721М, 4Д721, 4Д722В, МЭ-318, МЭ320 4А611, 4Б611
1—5 4Г721М, 4531 ФЗ, 4532ФЗ, 4732ФЗ, 4735ФЗ 4Д722В, 4Е723
1; 4—6 4Г721М 4Д722В, 4Е723, 4Д722АФЗ
98 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
** Операция Предпоч- титель- ный ва- риант ЭЭО1
Многоинструментальная прошивка фасонных от- верстий в матрицах вырубных штампов, в том числе электродами-инструментами, соединенны- ми и обработанными совместно с пуансонами ЭИМ
Обдирка заготовок Обработка: валков для периодического проката, для тисне- ния металлов и пластмасс
деталей топливной аппаратуры, в том числе шлифование корпуса распылителя магнитов матриц и пуансонов крупных вытяжных штам- пов объемных деталей (типа лопаток турбин и насо- сов) сложной формы из труднообрабатываемых сплавов ЭИС
сложнопрофильных ручьев ковочных штампов соединительных каналов в корпусах гидронасо- сов, золотниках и т. п. фасонных полостей высадочного инструмента формирующих полостей и стержней сложных пресс-форм Прошивание: ЭИМ
отверстий малого диаметра отверстий сложного профиля в тонкостенных легко деформируемых деталях ЭИС
отверстий пуансонами в матрицах стальных вы- рубных штампов рабочих окон стальных вырубных штампов фасонных отверстий в матрицах для прессова- ния ЭИМ
Продолжение табл. Т
Эффектив- ность Типовое оборудование
1—4 4Д722В, 4Д722А, 4Д722АФЗ, 47204
1—3; 5 Нестандартное
1—4; 7 4730А, нестандартное
Нестандартное
1; 3—5 4Г721М, 4Д722В, 4Д722А, 4Д722АФ1, 4Д722АФЗ
1 — 3; 5 4Е724, 4726
1 — 3; 5; 7 4Д722В, 4Е723, 4Д722АФ1, 4Д722АФЗ
1—3; 5 4Б723М, 4Б724М, 4Е723, 4Е724
6 4Д722А, 4Б723М, 4Е723
1; 2; 5 4Д722В, 4Д722А
1—3; 5 4Д722В, 4Д722А, 4Б723М, 4Б724М
1—3; 5; 7 4Г721М, нестандартное
1; 2; 4; 5 4Е721М, 4Д722В, 4Д722А, 4Б723М, 4Е723
1; 2; 4 4Д722В, 4Д722А, 4Д722АФЗ
1; 2; 4—6 4720У, 4Д722А, 4Д722В, 4531ФЗ, 4532ФЗ
1; 2; 4 4Д722В, 4Д722А, 4Д722АФЗ, 47204
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
Продолжение табл. 1
Операция Предпоч- титель- ный ва- риант ЭЭО1 Эффектив- ность Типовое оборудование
щелей в деталях из закаленной стали и твердых сплавов ЭИМ 1, 2, 4 4Д722В, 4Д722А, 4Д722А1, 4Д722АФЗ
Профильная вырубка рабочих окон в матрицах вырубных штампов и окон в съемниках и пуансо- нодержателях Профилирование кулачковых валиков ЭИС 1—3; 5; 7 1—4 4531, 4531П, 4531ФЗ, 4532ФЗ, 4732ФЗ, 4735ФЗ 4727
Профилирование пуансонов по матрицам выруб- ных штампов ЭИМ 2—4 4Д722В, 4Д722Д, 4Д722АФЗ
Профилирование ручьев на деталях типа тел вра- щения методом обкатки Прошивание^ большого числа отверстий и щелей в листовом материале# деталях из жаропрочных, магнит- ных и других сплавов 1—3; 5; 7 МА 4730А
ЭИС ЭИМ 1; 2; 4; 7 4Г721М, МА47204, 4Д722А1 • 4Д722АФЗ
глубоких отверстий с отношением длины к диа- метру 150—200 ЭИС ЭИМ 6 4Г721М, нестандартное 4Д721, 4Д722В
криволинейных отверстий ЭИС 7 4Г721М, МА47204
многоэлектродное рабочих окон в матрицах многопуансонных штампов ЭИМ 1; 2; 4; 5 4Д721, 4Д722АФЗ
отверстий в деталях типа гильз с точным распо- ложением отверстий ЭИС 1—5 4Д721А, 4Д721ФЗ
отверстий сложного профиля в деталях из труд- нообрабатываемых материалов ЭИМ 1; 2; 4—6 4Е721М, 4Д722В, 4Д722А, 4Б723М, 4Е723, 4Д722АФЗ
Примечания! 1. Почти для всея операций можно использовать различные методы ЭЭО, Здесь указан более часто
применяемый и более эффективный метод. 2. Показатели эффективности (1^-7) приведены без количественных характеристик
и могут иметь различное значение в каждом конкретном случае. Она лишь показывает, что применение ЭЭО вместо тра-
диционных методов обработки: 1 — снижает трудоемкость; 2 — сокращает использование ручного труда; 3 — повышает
производительность; 4 —. повышает качество изделия или его стойкость в эксплуатации; 5 — экономит специальные инстру-
менты и материалы; 6 — позволяет провести операцию, механически вообще невыполнимую; 7 — позволяет автоматизиро-
вать процесс обработки. Кроме приведенных показателей имеется еще ряд других -* соответственно специфике обрабаты-
ваемого объекта — они различны для конкретных случаев. 3. Здесь указаны лишь некоторые модели промышленного обо-
рудования. Применяют также много других моделей нестандартного оборудования.
ЮО МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
101
2. Инструментальная оснастка для копировально-прошивочных работ,
выполняемых методами ЭЭО
Оснастка Размеры обрабаты- ваемых заготовок, мм Точность размеров, мм Тип и модель электро- эрозионных станков (копиро- вально- прошивоч- ных) Эффективность применения ЭЭО
Ковочные штампы: мелкие средние крупные До 100X100 До 400X400 Св. 400X400 0,05 — 0,1 0,1-0,2 0,2 —0,8 4Д722В, 4Е723М 4Д723М, 4Е24 4Е724, 4726 Сокращается объем слесар- но-доводочных работ на 30— 40 %, повы- шается стой- кость штампов на 40 %
Пресс-формы: мелкие небольшие До 100X100 До 300X300 0,2 — 0,05 0,05 — 0,1 ОФ-80, 4Г721М 4Д723В, 4Е723М Снижается тру- доемкость из- готовления в 2 — 5 раз
Высадочный инструмент мелкий и средний — 0,02 — 0,05 ОВ-80, 4Д722В
Литейные фор- мы (кокили): мелкие небольшие средние До 100X100 До 300X300 До 500X500 см со ООО 1 1 1 Ю — СМ °- о о о 41721М, 4Е723М 4Е723М, 4Е724 4Е723М, 4726 Снижается тру- доемкость из- готовления форм на 20— 30 %
Вытяжные штам- пы небольшие и средние До 1200Х X 1200 0,2 —0,8 4Е723М, 4Е724, 4726 Снижается тру- доемкость из- готовления в 1,5—2 раза
Примечание. Обработке подвергают формующие поверхности
инструмента, описанные плоскостями, расположенными под различными
углами друг к другу; плоскостями в сочетании с поверхностями вращения
и сложными криволинейными поверхностями. В ряде случаев описанные
формующие поверхности усложнены щелевидными выемками.
3. Технические данные ЭЭО в инструментальном производстве
Оснастка Размеры обраба- тываемой заго- товки, мм Характеристика обрабатываемой поверхности
Инструмент для го- рячего прессования: мелкий средний Матрицы, 0 < 80 Формующая по- верхность сквоз- ного отверстия
Матрицы, 0 < 160
Выруб.'-ые Штампы: мелкие небольшие От 60 X 50 до 120Х 100 Ст 140 X 100 до 200X200 Сопрягаемые с равномерным зазо- ром относительно Друг Друга по- верхности рабочих элементов штампов
Шаблона: мелкие средние Профиль до 100X60 Профиль до 200X125 Фигурные контуры (листовая сталь толщиной 1,5 — —3 мм)
Точность размеров, мм Тип и модель электроэрозионных станков Эффективность применения ЭЭО
0,01-0.02 Вырезной с ЧПУ мод. 4531ФЗ, ко- пировально-проши- вочный ОФ-80 Снижается трудо- емкость изготовле- ния в 1,5—2 раза, повышается стой- кость инструмента
0,02—0,05 Вырезной с ЧПУ 4532ФЗ, копиро- вально-прошивоч- ный 4Д722В
0,015—0,03 0,02 — 0,05 Вырезной с ЧПУ 4531ФЗ, копиро- вально-прошивоч- ный ОФ-80, 4Д722В Вырезной с ЧПУ 4532ФЗ, копиро- вально-прошивоч- ный 4Д722В Снижается трудо- емкость изготовле- ния, сокращается объем слесарно-до- водочных работ в 1,5 — 3 раза Повышается стой- кость штампов
’+ 1+ о о о о to >— СП Вырезной в ЧПУ 4531ФЗ Вырезной с ЧПУ 4532ФЗ Снижается трудо- емкость изготовле- ния в 1,5 раза
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
4. Примеры изготовления оснастки методами ЭЭО
Оснастка Обрабатываемые поверхности Точность размеров, мм
Пресс-формы: на корпус электродвига- теля, мелкие (размер до 150 мм) на корпус электродвига- теля, средние разъемные (размер до 400 мм) на крышку корпуса дви- гателя мелкие и средние (размер до 400 мм) на крыльчатку вентиля- тора, мелкие и средние (размер до 400 мм) Пресс-формы на детали клеммной коробки Пазы, формирующие ребра охлаждения Сложные криволиней- ные и пазы, форми- рующие ребра охлаж- дения Пазы, формирующие ребра жесткости Пазы, формирующие лопасти Сложные криволиней- ные, отдельные выемки 0,02 — 0,05 0,05 — 0,1 0,04 — 0,07 0,04 — 0,07 0,05 — 0,1
Матрицы и пуансонодержа- тели вырубных штампов на активное железо: мелкие (размер до 150 мм) Рабочие отверстия матриц и отверстия под пуансоны в пуан- сонодержателях 0,015 — 0,03
мелкие и средние (раз- мер до 300 мм) 0,02 — 0,05
Пуансоны вырубных штам- пов Кубики или вставки ко- вочных штампов на рым- болт Рабочие поверхности (подгонка по матрице или вырезка заго- товки) Рабочие поверхности формующих полостей 0,015 — 0,03 0,1 — 0,15
Тип и модель станка Эффективность приме- нения
Копировально'прошивоч- ный 4Д722А Снижается трудоемкость изготовления в 2—3 раза
То же, 4Д722А, 4Е723, 4Е724 То же, в 2—5 раз
То же, 4Д722А, 4Е723, 4Е724 То же, в 1,2—2 раза
То же, 4Д722А, 4Е723, 4Е724 То же, 4Д722А, 4Е723 Снижается трудоемкость изготовления в 2 — 3 раза, повышается стойкость Снижается трудоемкость в 2—3 раза
Вырезные с ЧПУ, 4531ФЗ, 4532ФЗ, копировально- прошивочные 4720У, 4Д722А, специализиро- ванные Вырезной с ЧПУ, 4532ФЗ, копировально- прошивочный 4Д722А Вырезной с ЧПУ 4532ФЗ, копировально- прошивочные 4720У Сокращаются трудоемкость изготовления в 3 — 4 раза и объем слесарно-доводоч- ных работ Сокращаются трудоемкость в 1,5—3 раза и объем сле- сарно-доводочных работ Сокращается трудоемкость изготовления в 1,5—3 раза
Копировально-прошивоч- ные 4Е723 Сокращается трудоемкость изготовления в 2—3 раза, повышается стойкость на 30—50 %
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
104 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
5. Электроэрозионная обрабатываемость материалов
на станке 4Б723М с генератором ТГ-250-0,15
Материалы Коэффициент обра- батываемости при электродеинстру- менте (ЭИ)
Группа Вид из меди Ml из графи- та ЭЭПГ
1 Сталь конструкционная, инструменталь- ная, коррозионно-стойкая (У 10А, ХВГ, 5ХНМ, 12ХНЗА, ЗХ2В8Ф, Х12М, 20X13, 08Х18Н10Т, 18ХГТ, 9ХС) 0,9- -1,0
II Сталь аустенитная марганцовистая (на- пример, 45Г17) 0,8 | г,з
III Бронза алюминиевая (например, БрА9Мц2) 1 ,7
Примечания: 1. Режимы обработки: ток 150 А, частота 0,15 кГц,
полярность обратная. 2. Площадь обработки 6000 мм2.
6. Электроэрозионная обрабатываемость материалов
на станке 4Б723М с генератором ШГИ-125-100М
Материалы Коэффициент обрабатываемости при ЭИ
Группа Вид из меди Ml из гра- фита ЭЭПГ
I Сталь конструкционная, инструменталь- ная, коррозионно-стойкая, легированная (например, У10А, ХВГ, 5ХНМ, 12ХНЗА, ЗХ2ВФ8, Х12М, 20X13, 08Х18Н10Т, 18ХГТ, 9ХС) 0.9^1,0
II Сталь аустенитная марганцовистая (на- пример, 45Г17) 1,3
IV Титановые сплавы (например, ВТ1 —0, ВТЗ) 0,8 1
Примечания: 1. Режим обработки: частота 8 кГц, полярность
обратная; для стали ток 50 А, для титановых сплавов 40 А. 2. Площадь обра-
ботки 1500 мм2.
небольшую часть применяемых на практике, но достаточно типичны и
достаточны, чтобы оценить технические возможности и экономические
показатели этих способов [5, 13, 14, 15, 20, 29].
В табл. 5—50 и на рис. 9—12 содержатся некоторые сведения;
об основных технологических характеристиках ЭИС и ЭИМ обработки,
к числу которых относят обрабатываемость различных материалов
этими способами (табл. 5—9), качество поверхности, получаемое
в результате обработки (табл. 12—15, рис. 13, 14), производительность
(табл. 16—19).
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
105
Рис. 9. Зависимость производитель-
ности П и относительного износа у
от энергии импульса УИи при об-
работке твердого сплава ВК6М мед-
ным электродом в керосине (сплош-
ные линии), воде (штриховые), в
воде (штрихпунктирные) с добавоч-
ной индуктивностью в контуре (ге-
нератор ВТГИ-05-60)
Рис, 11. Зависимость удельного
сьема и относительного износа
электрода у от отношения ампли-
туды импульсов разрядного тока /т
к его длительности *и
Рис. 10. Зависимость производитель-
ности ЭИМ обработки от скважности
при обработке сплавов вольфрама (*и —
= 25 мкс, 1т^ 108 А; площадь об-
работки 500 мм2);
1 — медный электрод; 2 —• углегра»
фитовый (ЭЭПГ)
Рис. 12. Зависимости глу-
бины измененного слоя 6
от отношения рабочего
тока / к частоте импуль-
сов f при обработке ста-
лей;
1 — ЗХ2В8Ф; 2 — ХВГ;
3 » сталь 45, 4Х5В2ФС
AVi Л
106 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 14. Зависимость скорости обработки и
износа электрода на станке мод. 4611 от на-
пряжения между электродами [электрод —
медная трубка диаметром 6 мм, стенка 1 мм;
напряжение 130 В; давление прокачки
0,3 Па; жидкость — 3 — 5 /0-ная водная
эмульсия Э-2 (Б)]
Рис. 13. Зависимость шерохо-
ватости поверхности от энергии
прямоугольных (/) и гребенча-
тых (2) импульсов [генератор
ШГИ; электроды из стали 45
( —) и меди Ml (+); рабочая
жидкость — керосин]
Рис, 15. Типовая схема электроэрозионного
копировально-прошивочного станка:
1 станина; 2 — рабочий стол для креп-
ления детали; 3 — ванна с рабочей жидко*
стью; 4 — каретка вертикального переме-
щения электрода-инструмента; 5 — карет-
ка поперечного перемещения электрода-
инструмента; 6 — двигатель системы регу-
лирования межэлектродного промежутка;
7 —• обмотка вибратора электрода-инстру-
мента; 8 — устройство для выверки поло-
жения электрода относительно детали; 9 —
каретка продольного перемещения элект-
рода-инструмента; 10 — генератор им-
пульсов; — блок управления станком;
12 — тракт подачи рабочей жидкости через
подачи рабочей жидкости в ванну; 14 — б?
(насос); 16 — слив из рабочей ванны; 17 <
электрод-инструмент
Рис, 16. Схема станка для элек-
троэрозионной обработки непро-
филированным инструментом
(проволокой);
1 — привод перемещения по
координате Y; 2 — заготовка;
3 — тонкая латунная, медная
или вольфрамовая проволока;
4 — верхняя катушка; 5 — гене-
ратор импульсов; 6 — рабочий
стол; 7 — привод перемещения
по оси X; 8 — вход команд от
систем управления; 9 — выре-
занная на станке деталь
электрод-инструмент; 13 тракт
к с рабочей жидкостью; 15 — помпа
« изоляционные прокладки; 18
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
107
7. Электроэрозионная обрабатываемость материалов
на станке 4Г721М с генератором ШГИ-40-440В
Материалы Коэффициент обрабатываемости при ЭИ
Группа Вид . из меди Ml из гра- фита ЭЭПГ
I Сталь: конструкционная, инструмен- тальная, коррозиестойкая легированная (например, У10А, ХВГ, 5ХНМ, 12ХНЗА, ЗХ2В8Ф, Х12М, 20X13, 08Х18Н10Т, 18ХГТ, 9ХС) 0,9-1,0 0,95 — 1,05
II Сталь аустенитная марганцовистая (на- пример, 45Г17) 1,3 1,4
IV Титановые сплавы (например, ВТ1-0, ВТЗ) 1,0
Примечания: 1. Режим обработки: частота 8 кГц, полярность
обратная; для стали ток 40 А; для титановых сплавов 20 А. 2. Площадь обра-
ботки 500 мм2.
8. Съем металла на 1 Дж подводимой энергии
f, имп/с 'ф. А <т-А п, мм3/мин ^и, Дж Съем на один импульс, мм3/мин Съем на 1 Дж, мм3/мин
30 77 350 0,64 3,8 6
20 62 195 0,50 2,5 8,3
1 300 10 46 130 0,17 1,6 9,5
5 23 70 0,09 0,9 10
2 10 16 0,061 0,2 3,3
30 80 210 0,10 0,35 4,3
20 59 180 0,08 0,3 5,1
8 000 10 45 100 0,033 0,2 6,7
5 22 50 0,014 0,1 7,1
2 10 8 0,006 0,017 2,6
30 75 НО 0,044 0,08 1,9
20 61 90 0,028 0,066 3,5
22 000 10 40 75 0,011 0,056 5,6
5 21,5 40 0,005 0,003 6,1
2 8 5 0,0018 0,004 1,4
20 60 50 0,0063 0,0083 1,3
1Лл л л л 10 38 30 0,0023 0,005 2,1
1U0 ООО 5 20 12 0,0012 0,002 1,6
2 7 3 0,0008 0,0005 0,63
9. Обрабатываемость различных материалов и параметры режимов
при использовании генератора серии ШГИ
Обрабаты- ваемый материал Поляр- ность Материал инструмента Форма импульсог Коэффи- циент обраба- тывае- мости
Углероди- стые, леги- рованные, нержавеющие стали и магнитные сплавы Обратная Медь Прямоуголь- ная Гребенчатая 1,05—1,15
Углеграфит Прямоуголь- ная Гребенчатая 1,1 — 1,25
Медь Прямоуголь- ная Гребенчатая 00 СО ci 1 1 Ю СО оГ oj
Алюминие- вые сплавы
Углеграфит Прямоуголь- ная 2,7—3,2 2,8—3,5
Прямая
Титановые сплавы Обратная Прямая Медь Углеграфит 0,9—1 1 — 1,1
I Твердые сплавы типа ВК Обратная Медь 0,3—0,35
Прямая Медь Латунь Сплав МНБ-3 Медь Латунь Сплав МНБ-3 Углеграфит 0,2 — 0,25 0,3 — 0,35 0,4—0,5
Тугоплавкие сплавы на основе Mo, W 0,25 — 0,35 0,3 — 0,35 0,4—0,5
Медь и мед- ные сплавы Медь Латунь Углеграфит рр — 4». U1 1 i 1 *-рр кэ
Удельный съем металла, мм8/ (А. мин) V, % f, кГц Пере- ходный коэффи- циент для опреде- ления SL Ra на фи- нишном режиме, мкм, не более
8—10 6—8 10—120 0,2 — 10 >3 1 —1,05 1,5 0,5—0,6
10 — 12 6 — 8 0,1—40 0,05 — 0,5 >8 0,7 —0,8 1 — 1.2
18—20 10 — 15 5 — 25 0,5—3 1,2 1,6 1,1 —1.3
15—20 25 — 30 1 — 10 10—30 1,2 1,7
4—7 5—8 5—20 10—60 1—22 22—440 0,8—0,9 1 0,9—1,0
1,0 —2,5 25 — 40 1—22 0,7 0,25—0,35
1,3—1,5 1,5—2,0 2,6—3.0 80—200 120—500 35—50 22 440 0,5—0,7 0,7—0,9 0,8
кэ — СП С1О1>— Illi — фьКЭЬЭ ° ел 35 — 150 60—500 15—60 25 — 40 0,5—0.8 0,7 0,8 1 — 1,2 0,25—0,3
3 — 22
5 — 7 3—5 8—10 30—75 25 — 55 20—35 8 — 440 8—440 1—22 0,9 0,85 1,0 0,4—0,5
08 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
109
10. Режимы ЭЭО (1 и II)
Параметр I II
Длительность импульсов# мкс Энергия импульсов, Дж Частота повторения, имп/с Напряжение на электродах, В Рабочая жидкость Амплитуда тока, А Скважность 900—-1000 6—8 400 20 Индустриальное масло И-12 100 2 5—7 2,4 1200 200 Топливо дизельное ГОСТ 4749^73 2000 8
♦* Режим 1200 имп/с нестандартный: приведен для сравнения обраба-
тываемости различных металлов.
11. Обрабатываемость некоторых металлов и сплавов
при различных режимах ЭЭО (см. табл. 10)
Материал Электроэро- зионная обра- батываемость .. при режиме Материал Электроэрозион- ная обрабатывае- мость при режиме
I 11 II I II
Сталь Бериллий Титан Никель 1 1,8—2 0,9 1,1 1 Твердые спла- 9 я о вы ВК Молибден 0 8 Вольфрам * Магнитные 0,9 сплавы 0,1**0,3 0,6 0,4 1,2 —1,5 1,2—1,4 0,7 0,8 2—2,2
Примечание. Материал электрода-инструмента — медь.
12. Шероховатость поверхности после ЭЭО
на универсальных станках
Обрабатывае- мый материал Частота, Средний Энергия импуль- сов, Дж Ra Rz
Гц ток, А мкм
Сталь 100 10 2,6 160—320
50 14,7 — >320
300 70 >320
400 10 0,6 — 80—160
50 3,3 160—320
300 20,5 — >320
7.103 *» 2 0,009 ю—go
10 0,038
30 0,098 20*-46
25-Ю3 *» 2 0,0028 2—2,5*™ 16—20
ПО МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Продолжение табл. 12
Обрабатывав’ мый материал Частота4 Гц Средний ток, А Энергия импуль- сов, Дж Ra Rz
мкм
Сталь 25Л03*! 100* ю8 ♦» 400 7-Ю8 8,1 25*10*♦* 100-Ю8 #1 10 20 2 10 10 20 30 50 5 30 5 20 5 10 0,011 0,024 о ’о КЭ ЬЭ оо 11 1 1 1 1 1 1 II КЭ КЭ ГО сл сл сл 10 — 20
0,0065 0,0027 0,6 1,1 1,9 3,3 0,02 0,098 10-20 20 — 40 40 — 80 80—160
Твердый сплав
10 — 20
0,012 0,63 — 2,5
0,024 2 — 2,5
0,0012 0,0027 0,63—1,25
Режимы нестандартные; приведены для сравнения показателей шеро«
ховатости.
13. Шероховатость поверхности после ЭЭО
Параметры импульсов Rat мкм ^тах Rz Ra
Частота, кГц Длитель- ность, мкс Амплитуда тока, А
Ra
880 0,4 0,15 0,13 5,17 4,35
880 0,4 0,3 0,25 6,08 5,0
880 0,4 0,45 0,37 6,3 5,22
440 0,8 1,35 1,3 5,38 4,08
200 1,0 3,0 1,5 6,17 4,21
88 2,6 2,5 1,48 5,0 4,125
44 6,0 5,6 2,25 5,2 3,78
200 *1 2,0 6,4 5,4 6,2 4,8
88 2,6 13,0 5,3 5,98 4,65
44 *4 6,0 16,8 5,2 6,48 4,87
200 3,0 22,8 4,9 6,59 4,55
88 6,0 67,2 5,2 5,52 4,02
22 22,0 15,5 4,9 6,33 4,73
8 60,0 16,5 4,8 6,35 5,03
3 200,0 13,2 5,7 5,98 4,3
44 15,0 111,6 7,3 6,88 4,66
22 30,0 93,0 7,7 6,81 4,65
8 60,0 52,8 7,2 5,75 4,37
200 2,0 57,6 6,8 6,47 4,2
88 •* 4,0 67,2 7,9 6,48 3,95
Малоизносные режимы.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
111
14. Параметры единичных импульсных разрядов и размеры лунок
в стальном электроде (аноде) при пробивном напряжении
на электродах 100 В
Энергия импуль- сов, Дж Амплитуда тока, А Средняя длитель- ность рабо- чих им- пульсов tf мкс Размеры лунки
Глубина ht мм Диаметр £>, мм Объем V, мм3
0,005 40—60 4 0,015 0,1 0,00008
0,02 70—90 10 0,018 0,15 0,0002
0,04 100—140 13 0,020 0,22 0,0005
0,15 200—300 25 0,022 0,45 0,0023
0,5 400—600 40 0,025 0,75 0,0074
1,0 650—900 50 0,028 0,95 0,013
2,0 900 — 1300 80 0,033 1,2 0,025
4,0 1200-1600 120 0,04 1,6 0,05
10,0 1400 — 1800 240 0,05 2,0 0,1
Примечание. Приведенные показатели не относятся к конкретному
генератору импульсов и могут в различных сочетаниях режимов реализо-
ваться у разных генераторов.
15. Глубина структурных изменений после ЭЭО
Частота, кГц Рабочий ток# А Среднее напря- жение, В Скважность Глубина зоны структурных изменений, мкм Частота, кГц Рабочий ток, А Среднее напря- жение, В Скважность Глубина зоны структурных изменений, мкм !
Прямоугольные импульсы Гребенчатые импульсы
8 5 25 1,25 28 — 33 8 15 35 1,5 83
44 92
32 30 140
22 4 — 5 10—14
22 11 35 3,0 10
44 69
42 27 1,25 98
_ 44 4 1 | 27 1 1,5 Не выяв- лены
66 ; 1 5 25 3,0 44 30 30 2,0 83
1,5
88 8 66 6 40 3,0 Не выяв- лены
30 1,25 49
200 4 2,0 Не выяв- лены 88 5
15 25—30
12 1,5 29
22 27 49
200 4 30—40 Не выяв- лены
400 2 20 3,0 Не выяв- лены
7 — 8 14—19,8 14 35 19,8
Примечание. Генератор ШГИ-40-440, электрод-инструмент мед-
ный, заготовка из стали 45.
112 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
16. Производительность ЭЭО при работе на генераторах ШГИ-40-440
(импульсы прямоугольные)
Частота# кГц Рабочий ток, А Среднее напря- жение холосто- го хода, В Среднее рабо- чее напряже- ние, В Скважность Производи- тельность, мм8/мин Z?z, мкм Торцовый рас- четный зазор, мм Площадь обра- ботки, мм2
44 1,2—1,4 300 40—80 0,064 1500
39-40 240 0,058
8 30*32 88 1,5 —1,7 200 0,049 1000
20—21 10—11 120 55 20—40 0,039 0,033 500
4—5 10 10—20 0,02 250
44 35—°6 1,2 —1,4 280 200 20—40 0,062 0,049 1500
22 30-31 105 170 0,034 1000
20—21 120 0,040 500
10—11 1,5—1,7 55 1 q 20 0,030
4 — 5 10 0,019 250
40 30 — 31 25 1,2—1,4 240 110 20—40 0,055 0,046 1500 1000
44 20—21 120 120 0,036 500
10—11 4-5 1,5 —1,7 65 10 0,029 0,019 250
66 34—35 30 20-21 135 1,2—1,4 170 147 95 10-20 0,046 0,039 0,034 1500 1000 500
10—11 4 5 1,5—1,7 2,0—2,5 50 0,026 0,018 250
10
25 15 150 1,2—1,4 1,5—1,7 110 56 0,036 0,029 1000 500
88 9 — 10 29 0,022
5 3,0—4,0 10 Ra = = 1,25© ©2,5 0,016 250
16,5 145 1,2 —1,4 70 10—20 0,035 500
16,5 55 0,033
200 14—15 9 — 10 56 15 1,5—1,7 40 28 Ra = 0,024 0,020 250
2—3 2-2,5 5 = 1,25© ©2,5 0,015 100
7 14 0,019 250
400 4—5 60 4,5 0,5 Ra == 0,016 0,010
1—2 20 3 — 4 = 0,63© ©1,25 100
Примечание. Обрабатываемый материал сталь 45, материал
электрода-инструмента ==• медь Ml.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
113
17. Производительность процесса при работе на генераторах
ШГИ-40-440 (импульсы гребенчатые)
Частота, кГц Рабочий ток# А Среднее на- пряжение хо лостого хода, В Среднее рабо- чее напря- жение, В Скважность Производи- тельность, мм3/мин Rz, мкм Торцовый расчетный зазор, мм Площадь обработки, . мм2
8 40 30 10—12 88 30 1,5 — 1,7 180 140 130 150 80 30 120 70 30 128 30 0 46 28 7 35 16 6 40—80 0,00 3 0,053 0,033 0,052 0,042 0,033 0,048 0,040 0,032 0,038 0,028 0,024 0,034 0,028 0,022 0,030 0,026 0,020 1500 1000 500 1500 1000 500 1000 500 250 1000
22 30—31 20 150 35 2 — 2,5
3 — 4
20—40
44 30 20 10—12 120
40 35 40 45 40
66 28 10 5 — 6 135
10—20 250
38 15 9—10 5 150 20—40 500
45 10—20 250
200 14 7 4-5 145 20 — 4
50 10 — 20
Ra = = 2=^2,5
Примечание. Обрабатываемый материал — сталь 45, материал
электрода-инструмента ~ медь Ml.
18. Показатели ЭЭО при работе на малоизносных режимах генераторов ШГИ
Обрабатываемый материал Режим обработки на широкодиапазон- ных генераторах Число гребней в импульсе ' Полярность Площадь обработки, мм2 Rz, мкм Производитель- ность, мм3/мин Относительный износ инструмента, %
Ток, А Частота по- вторения, Гц Скважность
макси- 1 мальный средний
58 8 1,25 15 80—160 262 0,69
58 8 1,5 7 к га 1500 40—80 203 0,4
Сталь 45 45 44 3 15 £ 20 — 40 121 0,69
13 66 1000 10 — 20 24,5 1,0
10 100 2 7 о 500 /?п^24-2,5 10—3 6,4
6 440 — 250 0,65 1 — 2
Титановый сплав ВТЗ Твердый сплав ВК20 — 40 8 1,2 Прямо- уголь- ные им- пуль- сы Прямая — 20—40 200 35 5-8 30—40
Молибден Вольфрам 7 — 10 45 44 5 3 10 — 20 17 58 50 80
114 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
19. Наиболее производительные режимы при питании
от широкодиапазонных генераторов
Rzt мкм Форма им- пуль- сов* Характеристика режимов Площадь обра- ботки, мм2
Часто- та, кГц Скваж- ность Средний ток, А Число гребней в им- пульсе
40 — 80 С Пр Гр Пр Гр Пр Гр Пр Гр Пр таль (п< 8 8 22 — 44 44 — 66 66— 100 100 200 200 440 элярность с 1,25 1,5 1,25 2—3 1,25 — 1,5 2—3 1,7—2 2,5—3 3 — 4 >братная) 35 — 45 40 30 — 35 20—30 25—30 8—10 12—14 4—5 До 4 о о CM О1 Ю ОО 1 1 I 1 ! 1111 LO о or- 1000-м 2000
20—40
10-20
Ra = 1,25е2,5 150 — 250
Ra = 0,63^1,25
Твердый сплав (полярность прямая)
20—40 Пр 8 1,25 До 50 —
10 — 20 Пр 22 — 44 1,25 До 45 500
Ra = 1,25 2,5 Пр 100 1,5 До 30 —
Ra = 0,63 1,25 Пр 200 1,7 До 12 —-1 250
Ra = 0,32 е 1,63 Пр 400 2,0 До 4 150
Обозначения: Пр — прямоугольные импульсы, р — гребенчатые.
20. Значения межэлектродного зазора при электроэрозионной
обработке прямоугольными и гребенчатыми импульсами
Режим Межэлектродный зазор при питании от генераторов
Макси- маль- ный ток, А Часто- та, кГц ШГИ-40-440Б ШГИ-125-100М ТГ-250-0,15
торцо- вый боко- вой торцо- вый боко- вой торцо- вый боко- вой
50 70 120 160 190 250 300 0,15 — — — — 0,12 0,17 0,22 0,26 0,30 0,38 0,50 0,35 0,50 0,70 0,87 1,05 1,20 1,48
180 0,4 0,15 0,45
120 100 0,14 0,40
130 115 90 1,0 — 0,13 0,12 0,10 0,29 0,24 0,21
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
115
Продолжение табл. 20
Режим Межэлектродный зазор при питании от генераторов
Макси- маль- ный ток, А Частота, кГц ШГИ-40 440Б ШГИ-125-100М ТГ-250-0,15
торцо- вый боко- вой торцо- вый боко- вой торцо- вый боко- вой
90 70 50 0,11 0,09 0,08 0,19 0,16 0,12
40 30 8,0 0,06 0,05 0,15 0,12 0,06 0,10 0,09
20 12 5 0,04 0,03 0,02 0,09 0,07 0,05 0,05 0,04 0,08 0,07
50 40 0,06 0,05 0,12 0,10 0,08 0,06 0,10 0,08
30 20 22 0,04 0,08 0,07 0,05 0,07
12 5 0,03 0,02 0,06 0,04 0,04 0,06
25 0,04 0,07 0,05 0,08
15 44 0,03 0,06 0,04 0,06
7 0,02 0,05 0,03 ^4 —
3 0,04 0,05
20 0,04 0,07 0,05 0,07
15 66 0,03 0,06 0,04 0,06
7 0,02 0,05 0,08
3
25 0,04 0,07
15 88 0,03 0,06 0,05
10
5 0,02
20 0,04 0,06 0,05 0,07
15 0,05 0,04 0,06
10 100 0,02 0,04 0,05
3 0,03 0,03 0,02
1 0,01 0,02 0,04
Примечания: 1. Для генератора ШГИ-40-440Б значения зазора
даны при частоте 200 кГц. 2. Значения зазоров указаны для обработки импуль-
сами прямоугольной формы при расчетах электродов-инструментов, при обра-
ботке гребенчатыми импульсами значения зазоров увеличить в 2 раза. 3 Для
частот до 200 кГц боковой зазор (в мм) связан с электрическими режимами
( /Р \0,31
Соотношением = 0,0745 (—т~1
2L Режимы обработки на станке 4532ФЗ с ЧПУ
Материал Толщина об- рабатываемой детали, мм Диаметр про- волоки, мм Рабочее на- пряжение, В Емкость накопительных конденсаторов, мкФ Производитель- ность, ММ2/МИН Межэлектродный зазор, мм
8 16,5 0,042
15 10 0,5 17,3 0,065
Сталь: У 8 20 21,0 0,043
48 16 0,9 38,4 0,048
8 9 0,4 13,0 0,045
Х12М 16 ТО 0,5 17,2 0,052
3 0,2 0,6 21,6 0,08
Медь Ml 5 11 0,7 32,5 0,09
0,8 0,4 14,4 0,062
Латунь 5 0,6 30,0 0,078
Сплав: ВМ50 4 12 0,6 3,2 0,07
МНБЗ 5 9,8 0,085
ВК20 8 10 0,5 4,0 0,059
ВК>5 15 0,3 14 0,9 5,3 0,117
П6 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Примечания: 1. Генератор импульсов ВГКИ-44. Рабочая жидкость — техническая вода с добавкой 0,04 %
триэтаноламина и 0,04 % нитрита натрия. 2. Частота 12 кГц, напряжение холостого хода ПО В.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
117
22. Станки для электроэрозионной обработки
Модель станка Наименование
Станки копировально-прошивочные
МА4720У Специальный настольного типа с приводами^ работающи- ми в следящем режиме
4Г721М Универсальный с электромеханическим приводом подачи, нормальной точности
4Д721А Координатный особо высокой точности
4Д721АФЗ Высокой точности с адаптивным и программным управ- лением; питание от трехконтурного генератора
4Д722А Универсальный особо высокой точности
4Д722В Универсальный повышенной точности с электрогидравли- ческим следящим приводом
4Д722АФ1 Координатный особо высокой точности с цифровой инди- кацией
4Д722АФЗ С особо высокой точностью установки координат и про- граммно-адаптивным управлением режимами обработки по двум каналам. Питание от трехконтурного генератора
4Е723 Универсальный (взамен 4Б723М); базовая модель для различных модификаций
4Е723Ф2 4Е724 С адаптивно программным управлением Универсальный нормальной точности для крупных за- готовок
4Б724Ф2 С программным управлением
4Б610, 4Б611 Универсальные для разрушения сломанного отверстия и различных работ невысокой точности
4726 Нормальной точности для особо крупных заготовок
ОФ-80 Специальный координатный станок настольного типа для небольших заготовок
ОФ-81 Специальный повышенной точности для обработки неболь- ших заготовок
МЭ-318 Прошивочный настольного типа для изготовления круг- лых отверстий проволочным электродом
4531 Вырезные станки для профильного вырезания по копиру
4531ФЗ, 4532ФЗ С числовым программным управлением для изготовления сложноконтурных изделий
4732ФЗ Повышенной точности с программным управлением для обработки наклонных поверхностей
ОЧИК-2 С программным управлением, координатным перемеще- нием стола и неподвижной головкой
МЭ-320 С числовым программным управлением для изготовления сложноконтурных отверстий
118 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
23. Технические характеристики электроэроз ионных вырезных станков
Параметр 4531ФЗ 4532ФЗ 4732ФЗ
Наибольшие размеры обраба- тываемой детали, мм 120Х100Х Х40 250Х 160Х Х75 250Х 160X75
Наибольшая масса детали, кг 5 45 45
Наибольшие размеры обраба- тываемого контура, мм 100X60 200Х 125 200Х 125
Диапазон диаметров проволо- ки, мм 0,02 — 0,2 0,05-0,3
Производительность, мм3/мин:
по стали 18 35 35
по твердому сплаву 11 (керосин), 6 (вода) 18 18
Ra, мкм 5—1,25 5—1,25 5-1,25
Возможность обработки наклонных поверхностей Нет Нет 3° 30'
Тип системы ЧПУ Контур 2П-67 Контур 2П-67 15ИПЧ-3-001 или 2М-43
Подача на один импульс, мкм 1 2 1
Коррекция эквидистанты Нет Нет Есть
Масштабирование Нет Нет Есть
Габаритные размеры станка, мм 850Х655Х Х1545 830Х 1200Х X 1570 830Х 1200Х 1570
Наибольшая потребляемая мощность, кВт 2,75 2,9
Масса станка, кг 700 1500 1500
Примечания: 1. Рабочая жидкость для всех станков — промышлен
4732ФЗ и 4735ФЗ имеется фотокопировальное устройство, позволяющее вести
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
119
4735ФЗ ОЧИК-2 А. 207.59 А. 207.78 УЭП-1 ЛЭ-501М
500Х Х320Х Х150 250Х 160X75 430 X X 270 X X 120 250X270X 120 350Х Х210Х Х55 150Х X 150Х Х25
400 •—1 •— *
400X250 200X 125 75X25 250X250 200X 150 100X100
0,2 0,05—0,1 0,06—0,3
35 25 30 25 25
18 20 15 6 0,5—8
5—1,25 0,63—1,25 0,04—0,63 5—1,25 *—• 5—0,32
3° 30' Нет Н»* Нет Нет Нет
2М-43 15ИПЧ-3-001 Ручная 15ИПЧ-3-001 Фотоко- пироваль- ная
1 2 1
Есть Есть Нет Есть Есть Нет
Есть Есть Нет Есть Есть Нет
1400Х X 1500Х X 1950 1045Х885Х 1700 2480X 1000X 1770 иоох Х840Х X 1680 1700Х Х800Х X 1500
2000 550 — 1600 • 946 600
ная вода. 2. Станки укомплектованы серийными генераторами. 3. На станках
обработку по фотошаблону, выполненному в масштабе 1:1.
120 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
24. Технические характеристики копировально-прошивочных станков для элект
Параметр ОФ-80 МА4720У 4Г721М 4Д722В 4Е723 —3
Размеры стола (длинах 200Х 125 200Х 125 360X200 630X400 630X400
X ширина), мм Расстояние от торца 150—300 200—360 180-280 205—555 40—450
шпинделя до стола, мм Наибольшая масса, кг: обрабатываемой де- 15 30 30 100 750
тали электрода (с навес- (15) 10 (12) 1,2 (15) (30) 50 (150)
ным приспособле- нием) Установочное переме- щение, мм: продольное 125 100—150 250 400 400
поперечное 100 80—100 160 200 250
вертикальное (го- 100 — 150 130 200 200
ловки) Точность отсчета коор- 0*005 0,01 0,01 0,008 0,02
динат, мм Точность размеров, мм: 0,02—0,05 0,03—0,05 0,05—0,1 0,05—0,01
Рабочий ход шпинде- 50 150 100 150 200
ля, мм Наибольшая высота, мм: изделия 100 200
жидкости над столом 120 120 180 240 400
Состав жидкости *х 1 1 1 1 2
Наибольшая произво- дительность, мм’/мин: по стали 70 70—80 250—100 500 3000
Габаритные размеры (длина X ширина X вы- сота), мм: станка 700 X 700 X 825Х 1340Х 1580Х
с приставным обору- Х650Х X 1150 Х750Х X 1250 1200Х Х960Х X 1630 X 1500Х Х2320 X 1260Х Х2470 3000 X
дованием Масса станка (с при- 330 Х850Х X 1850 150 (450) 490 (600) 1900 Х3025Х Х2470 2450
ставным оборудова- нием), кг Потребляемая мощ- 3,2 3,25 4,5
ность, кВт Наибольший рабочий 16 16 40 63 250
ток, А Пределы частоты, кГц 3—880 3—880 8—440 1 — 440 0,1—440
Номинальная площадь — 1500 15 000
обработки, мм2 Ra, мкм: твердый сплав 0,63 0,63 — 0,32 0,63 0,63
сталь 1,25— 0,63 1,25 1,25
*х Обозначения: 1 — сырье углеводородное для производства
10121—76* в соотношении 1:1. При отсутствии жидкостей 1,2 можно приме
сином (ГОСТ 4753—68*) в соотношении 1:1с учетом повышенной пожарной
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
12!
роэрозионной обработки
— 4726 4Д722А 4Д722АФЗ 4Д721АФЗ 4Е723Ф2 4Б724ФЗ
4Е724
1120X800 2000Х X 1250 630X 400 630X400 360X200 630X400 1120X800
210—710 370—1270 555—125 555—125 180—280 40—450 210—710
2500 9800 100 100 .30 750 250
75 (175) 3X75 (30) (30) 1,2 (15) 50 (150) 75 (175)
800 750 400 400 850 400 800
500 250 250 160 250 500
300 650 280 280 130 200 300
0,02 0,05 0,002 0,002 0,01 0,02 0,02
0,01-0,2 0,2 —0,8 0,05—0,1 0,05—0,1 0,03—0,05 10,05-0,01 0,1-0,2
200 260 150 150 100 200 200
200 200 180
655 770 300 300 —* 400 655
2 2 1 1 1 2 2
6000 10 000 500 500 250 3000 6000
2160Х 4500 X 1570Х 1570Х 825 X 1580Х 2160Х 1690Х
Х1690Х Х 2900Х X 1580Х X 1580Х Х960Х X 1260Х ХЗОЗ
Х3030 X 4640 Х2700 Х2700 Х1630 Х2470
3600 X 6750Х 3000Х 3600Х4310Х
Х4310Х Х5550Х Х3025Х Х3030
Х3030 Х4650 Х2470
4300 (8300) 18 000 2220 2220 490 (600) 2450 4300 (8300)
40 81 — — 4,5 •—« 40
2X250 3X250 63 63 40 250 2X250
0,1 — 44 0,1-44 1 — 440 1 — 440 8—440 0,1—440 0,1—44
30 000 30 000 3000 3000 1500 15 000 30 000
Rz = 30 Rz = 0,63 — 0,32 0,63 — 0,32 0,63
= 10е40 Rz = 30
1,25 — 0,63 1,25—0,63 1,25
сульфонала;
нять масло
опасности.
2 — сырье углеводородное (1)4- трансформаторное масло ГОСТ
индустриальное И-12 (ГОСТ 207$Д—75*) и смесь масла И-12 с керо-
25. Технические характеристики установок для электроискрового легирования
Параметр ЭФИ-23 ЭФИ-25 ЭФИ-25М ЭФИ-45 ЭФИ-46 ЭФИ-46А
Число режимов 3 6 3 6 6 6
Напряжение холостого хо- Да С/х. х, В 6; 16—18; 29—31 70 29—31; 33—37; 35—37 •— 9—13; 10—18; 38—43; 67—79; 123—142; 176 — 204
Ток короткого замыкания /к 3, А 4,0; 14—16; 25 — 28 20—28; 65 — 75; 135 — 150 3,2; 3,3—4,2; 4,2 —4,7; 3,9—4,7; 3,8—4,8; 2—4,7
Напряжение рабочее (7р, В 2—3; 10—28; 48—50 *— 15—17; 20 — 25; 38—40 9—13; 10—18; 21—33; 30—48; 35—58; 48—68
Ток рабочий /р, А 2,7—8; 12,5—14 9—15; 39—45; 70—85 0,8—1,2; 2—1,5; 1,5—2,0; 2,0—2,5; 2,0—2,5; 2—2,8
Потребляемая мощность, кВт 0,5 1.6 1 1 1,6 0,5 0,5 0,5
Емкость конденсаторов, мкФ 300 — 300 - 300
Производительность, см3/мин 1,4—3 2—3 1,4 —3,3 2 2 0,25 — 2
Толщина упрочненного ’слоя, мм — 0,1 —1,0 0,05 — 0,1 0,07 — 0,1
R2, мкм 564Х 360Х Х318 40 — 80 420Х 490Х Х750 10—20 10 — 20 411X268X303
Габаритные размеры, мм 510Х Х570Х X 1000 564 X Х360Х Х318 411Х Х268Х ХЗОЗ
Масса, кр 38 1 ( 120 | 80 32 26 27,5
122 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
123
26. Показатели результатов электроискрового легирования
Материал легирующего электрода Толщина слоя, мкм Микротвердость слоя Относительная износостойкость
Ванадий 230 930—1200 1,66
Вольфрам Карбид: 150-200 2100 — 2900 3,4
вольфрама 110—180 1700 — 3200 2,0
молибдена 100—180 1400 1,4
ниобия 80—150 1660 5,0
титана 80—120 3040 9,9
хрома 120—160 1600 4,0
циркония 70—120 2650 7,8
Молибден 150-200 1700 — 1900 1,9
Ниобий 200-250 1300 — 1370 1,7
Тантал 200 1500 — 1600 2,4
Титан 280—300 1100 — 1200 1,2
Хром 300 1013—1250 1,7
Цирконий 300—350 1300 1,4
Примечание. Установка собрана по схеме RC-, JKt 3 = 60,4 А?
Ux = 56 В; С = 500 мкФ; туд = 2 мин/см2; материал заготовки —*
сталь СтЗ.
27. Типовые варианты комплектования электроэрозионных
копировально-прошивочных станков широкодиапазонными генераторами
импульсов
Модель станка Тип генератора
МА4720У ШГИ-16-880Б
4В721 ШГИ-40-440
4Д721 ШГИ-40-440Б
4Г721М ШГИ-40-440А; ШГИ-40-440Б
4Б722 ШГИ-40-440
4Д722А 4Д722АФ1 4Д722АФЗ ШГИ-20-440/3; . ШГИ-20-440/ЗП ШГИ-20-440/3; ШГИ-20-440/ЗП ШГИ-20-440/3; ШГИ-20-440/ЗП
4Д722В ШГИ-63-44/3-2; ШГИ-20-440/3; ШГИ-20-440/ЗП
Модель Тип генератора
станка
4Б723М ШГИ-125-100М ♦
4Д723 ШГИ-63-440; ШГИ-20-440/3
4Е72 ШГИ-63-440+ + ТГ100-3/ЗА
4Д724 ШГИ-63-44/2; ШГИ-63-44/3-2
4Е724 ШГИ-63-44/2 + + ТГ-100-3/3
4726 ШГИ-63-44/3-2 + + ТГ-250-015 ♦
ЛКЗ-157 ШГИ-40-440Б
Л КЗ-183 ШГИ-40-440Б
ОФ-80 ШПЛ-16-88ЦБ
ОФч-81 ШГИ-40-440Б
* Сняты с производства к 1980 г.,- но на предприятиях имеются.
124 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
28. Технические характеристики генераторов импульсов
Тип Максимальный ток, А Диапазон ча- стот, кГц Максимальная производитель- ность, мм8/мин Ra, мкм Максимальный износ на чи- стовых режи- мах, % Максимальная потребляемая мощность, кВт
П1ГИ-40-440 40 8—440 300 0,5 0,5-1,5 4,0
П1ГИ-63-440 63 1—440 500 6,0
П1ГИ-125-100 ♦! 125 0,4—100 1500 1,2 0,5-1,0 7,5
П1ГИ-16-880 16 3-880 75 0,2 —0,4 —
П1ГИ-63-44/2 63X2 1 41 1200 12
П1ГИ-63-44/3 63X3 1900 3 — 4 0,5 —1,0 18
П1ГИ-21-440/3 21 ХЗ 1 — 440 450 0,4-1,0 6,0
ТГ-250-0,15 *1 300 0,15 4000 18
ТГ-100-3/3 0,1-3 3500 — 17
ГКИ-250 250 8—22 35 3-4 —
** Промышленный выпуск прекращен, но на предприятиях пока широко
используют.
Примечание. Цифра через дробь указывает на количество ^рабочих
нагрузок (МЭП) для генератора.
29. Технические характеристики генератора ТГ-100-3/3
Ре- жим Часто- та, кГц Рабо- чий ток, А Число вклю- ченных конту- ров Произ- водитель- ность, мм3/мин Электрод-инстру- мент Площадь обра- ботки, мм2
Мате- риал Износ, %
1 0,1 НО 1000 0,7 13 000
2 0,4 95 1 950 4,2 13 000
3 1,0 50 500 3,5 7 000
4 3,0 25 220 Медь 1,28 2 000
5 0,1 280 3900 15,0 27 000
6 0,4 270 3700 22,0 2 700
7 1,0 150 1700 8,4 13 000
8 3,0 65 700 9,5 7 000
9 0,1 100 800 0,01 7 000
10 0,4 95 850 0,03 7 000
11 1,0 45 350 0,04 7 000
12 3,0 25 200 0,6 2 000
13 0,1 250 2850 Графит 0,01 17 500
14 0,4 220 2700 0,01 17 500
15 1,0 120 1600 2,34 15 000
16 3,0 50 500 3,92 6 000
Примечание. Режимы 1—4, 7«12 сняты на станке 4Е723; ре-
жимы 5, б и 13—16 — на станке 4А724.
30. Режим генератора импульсов по схеме RC для электроэрозионного станка средней мощности
, Режим обработки
Параметр черно- вой средний чистовой
Токоограничивающее сопро- 11 18 44 НО 220 440
тивление, Ом Рабочая емкость, мкФ 220 90 12 4,5 1,5 0,5
Ток короткого замыкания, А 20 12 5 2 1 0,5
Потребляемая мощность при 4,4 2,1 1,1 0,44 0,22 0,11
коротком замыкании, кВт Среднее напряжение на элек- ПО 110 ПО 100 100 100
тродах при работе, В Рабочий ток, А 11 6,5 2,2 1,0 0,6 0,2
Потребляемая мощность, кВт 2,4 1,4 0,48 0,22 0,13 0,05
Мощность в рабочем контуре, кВт Частота повторения импуль- 0,75 0,44 0,19 0,08 0,04
300 400 1200 1400 2000
сов, Гц Длительность импульсов по- лярности, мкс; прямой 60 30 11 5 3,5
обратной 60 35 14 — —. —*
Амплитуда тока прямого им- 1000 600 250 150 100
пульса, А Энергия импульса, Дж Производительность обработ- ки, г/мин: стали 2,7 1,1 0,16 0,06 0,02 0,007
1,3 0,7 0,2 0,05 0,02
твердого сплава 0,8 0,5 0,1 0,025 0,014
Rz, мкм, для: стали t 80—160 40—80 20—40 10-20 10—20 Ra = 1,25—1,25 мкм
твердого сплава 40—80 20—40 10—20 Ra = 1,25ть 2,5 мкм Ra = 1,25-э 2,5 мкм Ra = 0,63-э 1,25 мкм
Примечание. Напряжение сети питания 220 В.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
ьо
126 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
31. Параметры обработки при нигании от генератора ШГИ-63-440
Материал Полярность Площадь обработки, мм? Генератор ШГИ-63-440 1 1
Деталь Ин- стру- мент Частота, кГц Скважность си- ловых блоков Скважность ВЧ блоков левый а _ ________ аз а- лы «к 2 и га С Деление ча- стоты Пауза Число сило- вых блоков Режим силовых блоков Режим ВЧ блоков
Положение переключателей
Сталь 45 В Кб Медь ЭЭГ Латунь Обрат* ная Прямая 3000 3000 1500 100 3000 1500 250 3000 500 250 100 50 3 8 22 440 3 44 200 3 88 200 440 1 2 4 1 2 3 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 5 3 5 1 2 1 2 1 3 6 0 6 3 1 б 4 0 1 4 1 4 1 3 1 4 4 1 4 1 3 1 3 1 3 4 1
1 1
о ьэ 0,05 0*02 0,12 р о 0,16 0,02 Давление прокачки, МПа
70 68 68 5 66 24 4 67 11 11 3,5 0,5 контрольный •и" >
70 69 67 5 67 24 4 70 12 И 3 0,5 измеренный
СО ►— »— W ОЭ 4^ Ю СО СП СО 4*. КЭ О СП 00 О ю ю to 00 контрольное
28 29 23 22 30 25 45 30 32 15 19 35 измеренное
500 440 430 7 440 105 7 540 48 20 4,9 0,9 контрольная Произво- дитель- ность, мм3/мин
522 465 435 9 455 109 8 642 62 20 6 2,2 измеренная
80 60 39 Яа=1,25 80 39 Ra = 2,5 80 15 Яа=1,25 Яа=0,6 7?а=0,4 контрольная Rz, мкм
йз йз йз II II й й й „ „ » .“Л и и II 5 I -“II -° Sil [ ° => .- ® и ® II о о ьо У3 Г* Ю СП СЛ дь. to измеренная
40 4‘4 50 140 0,7 1,0 1,2 0,5 0,9 130 120 НО контрольный Относи- тельный износ, %
37 38 31 105 0,67 0,9 0,9 0,5 0,9 124 95 104 измеренный
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
128 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
32. Диапазон финишных режимов генератора типа ШГИ-16г-880Б
Мате- риал Ra, мкм Произво- дитель- ность , мм3/мин Поляр- ность Износ ЭИ, % Режим обработки
S, мм2 /, А f кГц мкс
ВК15 0,15 — 0,18 0,26 — 0,29 0,034 0,2 30 40 25 50 0,4 0,7 880 0,4
0,62 — 0,63 3,0 Прямая 65 125 2,6 440 0,6
ВК8 1,25 13 70 250 10 200 3,0
0,22 — 0,25 0,32 0,02 Обратная — 25 — 880 0,4 0,6
Сталь 45 0,54 — 0,56 0,03 *» Прямая 30 50 0,4 440 0,8
0,62 — 0,64 1-2 0,7 6,0 Обратная 130 140 125 1,2 4,0 1,0
4:1 Скорость съема на этом режиме может быть увеличена в 3 — 4 раза#
если использовать высокочастотный релаксационный генератор с U= 300 В.
Примечание. Станок ОФ-80; рабочая жидкость — отфильтрован-
ный керосин; давление прокачки до 0,3 МПа; U— 90 В; импульсы трапецие-
видные; электрод-инструмент — из меди Ml.
33. Технические характеристики погружных насосов для подачи
диэлектрических жидкостей в электроэрозионных станках
Модель L Н Диаметр рабочего колеса D Максимальное давление, МПа Мощность дви- гателя, кВт Масса, кг
мм
АХИ 3/80 д—в—м АХИ 3/80 д—в—м АХИ 3/80 в—м АХИ 3/80 а—в—м АХИ 3/80 б—в—м АХИ 3/40 д-в—м АХИ 3/40 в-м АХИ 3/40 а—в—м АХИ 3/40 б—в —м 667 352 142 | 298 170 0,85 4,0 115
664 148 290 3,0
162 146 128 170 162 146 128 0,75 0,64 0,45 0,40 0,36 0,32 0,22
636 276 2,2 102
591 307 105 96
571 1,5 90
Примечание. Номинальный расход 50 л/мин.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
129
34. Расчет размеров электрода-инструмента для обработки сквозных отверстий
Сх( ?ма обработки Электрод- инстру- мент Расчетные формулы Примечание
д J5 9 . Медный Графито- вый Медный II II i II . || II II о 5; 1 ” л »-* О м 1 4- i-ч W + Г- а +а 1 ° о a 4 II II II “L« “"‘L.?' "с + “ + wм о° а а а Il а “ и J1 ^lo* । р с ' а ~ и а » в । Ф 5 W* С W О О Ija yi О О W ° ~ "• + + £ 1 “+ + + < Для однопро- ходной прошив- ки отверстий Точность полу- чаемого отвер- стия не выше 4=0,1 мм
*8
Do. Графито- вый Для обработки отверстий с по- следующей ка- либровкой чи- стовым электро- дом-инструмен- том или ступен- чатым электро- дом-инструментом
J
Обозначения: Н^э — длина рабочей части электрода-инстру-
мента, мм; HQ —, глубина обрабатываемого отверстия, мм; DQ — номинальный
размер отверстия в горизонтальной плоскости, мм; D3 — размер рабочей
части электрода-инструмента в горизонтальной плоскости, мм; Дод — до-
пуск на размер отверстия в горизонтальной плоскости, мм; /б — боковой,
межэлектродный зазор, мм (см. табл. 20); /т — торцовый межэлектродный
зазор, мм (см. табл. 20); V —» относительный износ электрода-инструмента
(см. табл. 40, 42, 43); Доп *=• допуск на размер обрабатываемой полости
по высоте, мм; аэ, 0Э углы наклона боковых поверхностей электрода-
инструмента, градусы (табл. 37), ад, углы наклона боковых поверх-
ностей обрабатываемого отверстия, градусы.
5 Попилов Л. Я.
35. Расчет размеров электрода-инструмента для обработки глухих полостей
Схема обработки
Расчетные формулы
Примечание
Do
«„э=(«о+-^-) a + vs)-zT:
Оэ=Оо + -^--2(1-?э> (*6-V
Для прошивки
глухих полостей
с вертикальными
стенками
= до + - *ба + *6(5 со»г
tga3 =
*6% .
1 +VS '
tg ₽э =
l + ?a
Для прошивки
глухих полостей
с наклонными
боковыми
поверхностями
130 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
131
36. Характеристики электродных материалов
Предел прочности, МПа Я Ч И Я « д ай коэффи- юго рас- • 10-в. °C д о см2/с зерна,
Материал SS о о Q.S о я д я
д ь о я S ч на сжа- тие на из- гиб цельное соп ie, Ом. мм2/ я 5 в gc с°. ° S чо С \ ;мпературн 1 [ент линей* прения *2 а о с к я 3 сх я о S я я Я я о <s т я Си Я Я Ss
Е >> я ноз W А. " Н Ef 3 о с oi
ээг 1,55 40 20 25 52—76 22,0 0,5— 0,8 80— 100
ээпг 1,70 75 18 94—99 7,0 19,3 60-90
35
МПГ-6 1,65 19 94 — 105 7,0— 7,7 21,0 —
МПГ-7:
высший сорт 1,80 105 50 14 99 — 116 — 15,6 0,5 40—60
первый сорт 1,70 85 35 18 . 94—99 — 20,2 0,5 — 0,8
ЕДМ-1 1,60 103 42 20 — — 22,9 — 5—10
ЕДМ-2 1,75 14 — — — — 2,5—5
ЕДМ-3 1,84 132 58 12,5 — — 15,6 — 1,5- 2,5
ЕДМ-С-1 (25 % Си) 3,39 200 90 1,4 — — — — 5-11
Е ДМ-С-3 (16 % Си) 2,97 150 98 1,8 — — — — 1,5— 2,5
ЕК 1,80 80 32 15,4 — *- 17,9 — 90— 100
АРВ-2 1,55 20—40 13 35-41 5 зо’ —
При 20 QC.
** При 20—500 °C.
5*
87. Значения углов наклона боковых поверхностей Электрода-инструмента
Угол наклона боковых поверхностей электрода-инструмента при углах наклона боковых поверхностей
обрабатываемого отверстия, градусы
u s
гс S
ГлубИ! ботки, Износ трода, 1 10 20 30 40 50 60 70 80 89
0,5 57' 9° 30' 19° 10' 28° 50' 38° 40' 48° 40' 58° 50' 69° 79° 30' 88° 60'
5 40' 6° 40' 13° 40' 21° 29° 15' 38° 30' 49° 10' 61° 20' 75° 10' 88° 30'
10 10 30' 5° 10° 20' 16° 22° 45' 30° 50' 40° 50' 54° 70° 30' 88°
20 20' 3° 20' 6° 50' 10° 50' 15° 40' 21е 40' 30° 42° 30' 62° 10' 87°
30 10' 2° 30' 5° 10' 8° 10' 11° 50' 16° 30' 23° 20' 34° 30' 54° 50' 86°
50 10' 1° 40' 3° 30' 5° 30' 8° 11° 10' 16° 24° 30' 43° 20' 84°
0,5 50' 9° 18° 20' 27° 40' 37° 20' 47° 20' 57° 30' 68° 10' 79е 88° 50'
5 30' 5° 10° 20' 16° 0' 22° 45' 30° 50' 40° 50' 53° 50' 70° 30' 88°
20 10 20' 3° 20' 6° 50' 10° 50' 15° 40' 21° 40' 30° 42° 20' 62° 10' 87°
20 12' 2° 4° 10' 6° 30' 9° 30' 13° 30' 19° 10' 28° 50' 48° 30' 85°
30 10' 1° 30' 3° 4° 50' 6° 50' 9° 40' 13° 50' 21° 30' 39° 83°
50 5' 50' 1° 50' 3° 4° 20' 6° 10' 8° 50' 14° 27° 10' 79° 10'
0,5 50' 8° 40' 17° 30' 26° 40' 36° 10' 46° 56° 30' 67° 10' 78° 30' 88° 50'
5 20' 4° 8° 20' 13° 18° 30' 25° 30' 34° 40' 47° 40' 66° 10' 87° 30'
30 10 15' 2° 30' 5° 10' 8° 10' 11° 50' 16° 30' 23° 30' 34° 30' 54° 50' 66°
20 10' 1° 30' 3° 4° 45' 6° 50' 9° 40' 13° 50' 21° 30' 39° 83°
30 6' 1° 2° 3° 20' 4° 50' 6° 50' 9° 50' 15° 20' 29° 30' 80°
50 5' 40' 1° 20' 2° 5' 3° 4° 10' 6° 10' 9° 50' 19° 30' 74° 20'
132 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
133
о оо © — © о о о о о о 00 Ь- © — Ь- О 00 00 00 00 ь- © ОО ООО ©СО — СЧ© оооооо OOO'S’O'S’© 00 00 00 bo СО 88° 40' 85° 30' 82° 75° 20' 69° 57° 50' О ООО © — ©сч ООООО © ’S’ о о © © © ь. © Чф
ОООО ОООООО оооооо ООО о
— © —© ©смсм —©сч ©©СМ-Ф©СЧ — сч— сч
о о о о о о оооооо ОООООО ооооо
оо см ©сч см © ь- © © ь- о сч © — ©О’S’00 ©©ь~©©
Ь-© 'S’©CM — Ь'.Ю’М’ СМ —— 1^©©СЧ — Ь* 'S’ сч —
ООО оо ООО оооооо оо о
см сою ©© СО 'Ь tJ* © сч© сч — сч сч© ©
о о о о о о оооооо ОООООО ооооо
©сч©ь- —ь~ ©OOtJ* 4t*©© © — 00 О Г- 'S’ — Tj’Tj’ Г^©
O'S’CM —— ©©сч — СО© — — ©см —
О ООО ОО ООО оо оо ООО
«-< ©© © — сч © —© — © © © © 'S’ ©
о о о о о о оооооо ОООООО ооооо
IdOOlON^ rj«©©©©© СМ — см © 4t* сч О © © 'S’ —
ЮСО-х ©см — ©сч —
оооооо оооооо оооо о ооооо
Tt* © — — — Tf ©©©© © © —— — сч
оооооо ООО о о ОООООО ооооо
чЬ —©К©© © 00 — ©'S’СМ — rf©^© — © — ©© —
'S’ см — ’S’ — — © —
ооооо оо©о о ОО ООО © © о о ©
'S’© CM ’ф см ©со © см © ©© — — сч — © сч сч ©
оооооо ОООООО ОООООО- ооооо
©©о©© см © © ь*. rf © — — о © © сч — О ь- 'S’ CM о
© — © — © — сч
оооооо ооЬ о оооооо о о о
'«’©©'*’©© ©см© — — сч — — © © © © 'S*
оооооо ОООООО ООООО оооо
©О©©СЧ — м*сг>©сосм — © b- ’S’ CM — — © © —
СЧ — см сч сч
ооооо оооооо ООО ©о ООО ©
LO © — см м* —Ч © © © СМ © © © сч ©© 'S’© © сч
оооооо ОООООО ОООО оооо
<О©т»*СЧ —— © © © — — о ©'S’CM — © © — —
ОО ООО ооооо оооооо ооооо
см см —* ©© © -S’ © -S’ CM S’ -S’ CM Tj* © СЧ 'S’ 'S’© ©—
О О О О ООО ООО о о
00 СО см Г-н СЮ CM — © —— © —
О О СМ Ь- ©СО © b- о ©© CM ^’©b-’S’COCM о о ©© о
©см — 'S’ — — © —
мам
© © © ©
А ь
о©оооо о © о о о о о©оооо о © о о о
— см со © — см © © — сч © © — сч ©
о о о
© о
134 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
38. Характеристики электроэрозионной обработки электродами
из различных материалов
Материал электрода - инструмента Техноло- гические характе- ристики ЭЭО i Чер- новые ре- жимы Получисто- вые режимы Чистовые режимы
/ = 1 кГц; /р = 45-т- 55 А; F — 3000 мм2 f = 8 кГц; /р = 404-45 А; F *= 2000 мм* / *== 22 кГц; /р = 25-т-ЗО А; F = 1500 мм2 f = 44 кГц; /р = 20-т- 25 А; F ~ 1000 мм2 f = 88 кГц; /р = 104- 15 А; F = 1000 мм2 f = 200 кГц; /р З-т-5 А; F = 500 мм2
Qa, мм3/мин 9,3 10,0 8,3 6,2 3,5 । 1,3
ЭЭПГ V, % 0,1 2,0 6 12,5 32 105
Ra, мкм 40 18 12 8 6 5
Qa, мм3/мин 8,0 9,6 8,ь 7,0 4,3 1,8
МПГ-7 3,0 4,5 50
(высший сорт) V. % 0,2 8 1,6
Ra, мкм 40 18 10 7 5 2,8
Qa, мм3/мин 8,7 10,5 8,4 6,8 4,5 1,9
МПГ-6 V. % 0,1 2,0 5,1 10 17 60
Ra, мкм 40 18 11 7 5,2 3
Qa, мм’/мин 9,0 9,4 7,0 6,2 2,7 0,5
ЕДМ-1 V, % 0,15 4,0 4,6 8,3 33 140
Ra, мкм 40 18 12 8 6 4
Qa, мм’/мин 7,2 9,5 8,6 7,(1 4,2 2,0
ЕДМ-3 V. % 0,1 2,0 3,0 5,8 13,5 90
Ra, мкм 40 18 10 7 5 2,5
Qa, мм3/мин 10,6 11,0 6,5 6,2 2,5 0,6
ЕК V. % 0,5 8 14 18 60 130
Ra, мкм 40 18 14 10 6 5
Медь, обра- ботка им- пульсами: 5,5 3,9 2,4
Qa, мм3/мин 8,2 8,2 7,2
прямоуголь- ными V, % 20 35 45 60 70 90
Ra, мкм 26 14 8 6 3 1,5
Qa, мм3/мин 6 6,8 5.3 4,1 3 2
гребенчатыми V, % 0,1 0,8 0,9 1,2 1,5 1,8
Ra, мкм 60 34 18 10 6 3,5
Qa, мм’/мин 9,5 11 9,6 6,3 3,2 —
АР 3-2 V, % 0,1 5 9 16 40 —
Ra, мкм 40 18 Г. 7 5,5 —
Примечание. Qa — производительность съема на 1 А рабочего тока.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
135
39. Материалы, используемые для изготовления электродов*
инструментов (ЭИ) методами порошковой металлургии
Материал, марка Состав Содержание, массовые доли в % Основное приме- нение электродов
Медный порошок ПМА, ПМС, ПМ, ГОСТ 4960—75 Медь 99,8 Обработка стали и жаропрочных спла- вов на никелевой основе. Произво- дительность в 1,2— 1,6 раза выше, износ ЭИ в 1,2—1,4 раза меньше, чем ЭИ из монолитной меди Ml—М3
Композиция медь- нитрид бора МНБ-3 Медь Нитрид бора 97 3 Обработка твер- дых сплавов, тита- на, тугоплавких металлов и сплавов
Алюминиевый по- рошок АКП Алюми- ний 99,2 Заменяет ЭИ из алю- миниевого сплава Д1
Углеродо-полимер- ный материал (по- рошок) УПМ Углерод 99,0 Применяют, как и другие углеграфи- товые электроды, при партии 20 шт.
40. Относительный объемный износ (%)
электродов-инструментов при ЭЭО стали на генераторах ШГИ
Импульсы
прямоугольные | гребенчатые
Частота, кГц Электрод-инструмент
медный графити- рованный медный графити- рованный
8 15 — 40 0,6—1,0 0,3—0,5
22 25—45 3,0—5,0 0,3—0,8 0,08—0,15
44 30-50 5-18 0,5—1,0 0,1—0,15
66 35-55 15 — 25 0,8-1,2 0,12 — 0,15
88 40-70 30—40 1,0-1,8 0,3-0,5
100 — — 1,0-2,0 0,8—1,2
200 45-90 40—70 — —
440 90—140 — — —
136 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
41. Показатели ЭЭО стали 49 электродами-инструментами (ЭИ) МНБ-3
Частота, кГц Длитель- ность им- пульса, мкс Площадь обработки, мм2 «и к ® * а у <Н * « о Q а Рабочий ток, А Производи- тельность, мм’/мин Rz, мкм Относитель- ный объем- ный износ ЭИ, %
Прямоугольные импульсы
8 100 1500 140 37 380 40-80 8
22 38 170 37 370 20—40 10
44 19 1000 200 35 340 9
66 12 220 34 365 10—20 14
100 7 500 240 27 215 17
200 2,5 220 13 85 Ra =я 2«*2,5 32
440 0,6 100 200 4 13 Ra =« 0,63® 1,25 56
Гребенчатые импульсы
8 83 1500 28 225 40—160 4,5
44 8,0 НО 14 90 20—80 4,0
66 5,0 500 9 45 10—40 6,5
42. Объемный износ (%) электрода-инструмента
(катода) при работе на генераторах ШГИ
Обрабатываемый материал Материал электрода-инструмента
Латунь Медь Чугун Алюми- ний Вольфрам
Твердый сплав 170—300 60—360 30 — 210 260—730 20-120
Углеродистая сталь 70-100 20—60 10—30 20 — 80 2—16
Жаропрочный сплав 20-50 15—120 5—35 20—60 3 — 20
Магнитный сплав 50— 110 30-60 10—60 60—160 4 — 20
Титан 40—50 20-60 10—70 90 — 260 6 — 35
Медь 50—120 30—60 20—270 90—230 5—12
Алюминий 10—20 7—27 6-40 30—100 2—5
Латунь 30—45 15—140 10—60 60—330 3—15
43. Объемный износ (%) электродов-инструментов
при обработке твердых сплавов
Частота, кГц Материал электрода- инструмента Частота, кГи Материал электрода - инструмента
Латунь | Медь Латунь Медь
к 350—440 180—200 (70-100) 66 250—300
99 380—400 110—140 (100—140) 88 200-240 100—120
44 300—350 120—150 200 180—200 80—100
400 100 — 120 75 — 30
Примечание. В скобках даны значения, полученные при обратной
полярности тока
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
137
44. Размеры (мм) заготовок для электродов-инструментов
Мате- риал Сечение бруска Диаметр цилиндра Высота
номи- нальное пред. откл. номи- нальный пред, откл. номи- нальная пред. ОТКЛ.
ЭЭПГ 196Х 146 1 1 Н <0 180 210; 250 90 155 205 230 275; 305 345 200 — 175 200 150 180 180 170 530 400 240 155; 240 220; 240 230; 245 245 200 150 180
МПГ-7 ±5
95X95 95X160 135Х 180 95Х 120 60 X 230 ±4 ±4 ±10
±4Х ±5
±5х ±20 4-зох 4-ю -30 d;5
АРВ-2 — — ±10
±5
—
±10 ±5 ±10
МПГ-6 100Х 100 90X90 ±5
±5 ±10
45. Режимы сверления углеграфита цельными и полыми сверлами
Сверло Диаметр обрабаты- ваемого отвер- стия, мм Частота вращения шпинделя, об/мин Сверло Диаметр обрабаты- ваемого отвер- стия, мм Частота вращения шпинделя, об/мин
Цельное 1 1—5 5 — 15 3000—4000 1200—3000 600—1200 Полое 15—30 30—60 60—120 500-600 600—1200 500 — 800
46. Режимы резания углеграфита
Операция Скорость резания, м/мин Скорость по- дачи мм/об (мм/мин) Глубина резания, мм Режим
Точение по диаметру, мм: <20 >20 Фрезерование: отрезка фрезой торцовое деталей цилин- дрической формы Копировально- фрезерная Шлифование (плоское) 75—120 40—75 100—200 250—350 250—500 50—100 100—160 150 — 200 20-100 50-200 30 — 36 м/с 0,1 —0,2 0,05—0,08 0,3—0,4 0,08—0,1 (600—1200) (120—180) (80—120) (600—1200) (80—600) (150-600) (200 — 300) 2—4 0,5-1,0 3 — 20 0,5—1,0 2 — 4 5-15' 1 — 2 3—5 5,0—20 0,5 —2,0 2—4 0,04-0,4 Черновой Чистовой Черновой Чистовой Черновой Черновой Чистовой Черновой Черновой Чистовой Черновой Чистовой
47. Предельно допускаемая плотность рабочего тока (А/см2)
Площадь обработки, смя
Материал электрода- инструмента
0,1 0,5 1 5 10 20 50 100 300 500 700 1000
Сталь углеродистая 9,96 6,66 5,60 3,75 3,15 2,65 2,11 1,77 1,35 1,19 1,09 1
Медь 28,09 18,78 15,79 10,58 8,88 7,47 5,95 4,99 3,81 3,36 3,07 1,82
Легированная сталь 20X13 Графит (р = 1,65 г/см3) в на- правлении: 7,09 4,73 3,98 2,66 2,24 1,88 1,50 1,26 0,96 0,84 0,77 0,71
параллельном оси прессова- ния 15,44 10,32 8,68 5,81 4,88 4,11 3,27 2,74 2,09 1,84 1,79 1,55
перпендикулярном оси прес- сования 12,05 8,06 6,78 4,54 3,81 3,21 2,55 2,14 1,63 1,44 1,32 Г,21
Графит (р — 1,6 г/см3) в направ- лении, перпендикулярном оси прессования 9,6 6,5 5,42 3,63 3,05 2,56 2,04 1,71 1,3 1,14 1,05 0,97
138 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
139
48. Показатели качества материалов электрода "Инструмента,
определяемые при испытаниях
Показатель Расчетная формула Примечание
Производительность съема при испытании на Z-м режиме, мм3/мин: с электрода-детали с электрода ин- струмента Параметр шерохова- тости после обра- ботки на i-м режи- ме, мкм: электрода-детали электрода-инстру- мента ЯгЭи Относительный из- нос ЭИ, %: линейный объемный Полярный коэффи- циент Удельный съем на 1 А рабочего тока при испытании на Z-м режиме, мм3/(А«мин): с электрода-детали с электрода-ин- струмента м _ Рди“~РД2/ _ ДРд/ " РДТ/ Vz и 1 ыч = ДРЭи 1 рэит/ По ГОСТ 2789—73 По ГОСТ 2789 — 73 ДЯэи i 7ЛИН днд/ 1ии дрэи /рп ?°б~ дрд,₽эи 100 к = Vq6p = vnp __ ДРэи 1 ~ дрэи t — дрд£ М - &Ры ад' p/pzTz м _ ДРэи j аЭИ< Рэи'р^ Рд1/ ~~ масса электро- да-детали перед началом испытания на i-м режиме; Рд2/ — то же, по окон- чании испытания, Рд — плотность материала электрода-детали; т* — продолжительность ис- пытания на i-м режиме днэи г ДНд/ “ Умень- шение высоты электрода- инструмента и электрода- детали после испытания на Z-м режиме Vogp—относительный из- нос ЭИ на обратной ♦1 полярности; упР — отно- сительный износ ЭИ на прямой *2 полярности. Верхний индекс при АР указывает полярность электрода /р^ — средний (рабочий) ток, при испытании на Z-м режиме
1 Электрод-инструмент — плюс (+).
2 Электрод-инструмент — минус ( —).
49. Режимы испытаний материалов ЭИ с использованием генератора импульсов 1ПГИ-40-440
1 J Nb режима Полярность Импульс Площадь обра- ботки, мм8 и н р и Рабочий ток, А Напряжение на промежутке, В Положение пере- ключателей Расход жидкости, сма/с Давление, МПа Материал ЭИ Обрабатываемый материал : Режим 1
Силовые блоки Режим Канал Силовая скважность Пауза Деление частоты
1 2 1200 900 8 22 40 36 26 1 ] 1 3 0,06 0,08 Металл, углегра- фит
3 4 Прямо- угольный 700 500 44 66 30 25 27 3 2 1 2 2 2 0,13 0,18 Обычный
5 Обратная 300 200 15 28 2 6 1,2 0,21 Стань 4К
6 1200 22 35 30 1 3 1 2
7 500 66 25 Ь5 Металл Снижен- ного износа
8 Гребен- чатый 300 200 6 35 2 3 2 4 1,0 0,04
9 10 1200 500 22 66 30 15 30 35 3 2 1 6 3 4 4 2 1,5 Угле- графит ЭИ
11 900 22 40 22 з 1 2 з 0,08
12 Прямая Прямо- угольный 500 44 35 23 1 1 6 0,13 Металл, углегра- фит и др. Твердые сплавы, Обычный
13 88 22 2 0,20 тугоплав- кие
14 300 200 10 15' 2 3 2 0,25 металлы
140 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
60. Режимы испытаний материалов ЭИ с использованием генератора импульсов ЩГИ-125-100
при обработке стали 45
< X СО Положение переключателей а
№ режима Полярность Импульс Площадь обр; ботки, мм2 Частота, кГц х о и- Ж X о ХО га CU Напряжение промежутке, Силовые блоки Режим 1 Канал Силовая скважность Пауза Деление частоты Расход жидк< сти, см’/с Давление, МПа Материал ЭР Режим
1 3000 1,0 110 30 1 2 1 5 0,05
2 1200 8,0 55 0,08
3 Прямая Прямо- угольный 900 22,0 45 32 6 1 — 1 3 4 0,11 Металл, углегра- фит Обычный
4 500 44,0 20 2 6
б 300 66,0 15 4 3 0,15
6 1200 8 50 35 6 0,02
7 Обратная 900 22 45 2—2 4 2 2 0,04
8 700 44 30 40 5 3 5 1,5 0,03 Металл Снижен- ного износа ЭИ
9 Гребен- чатый 300 66 15 4 0,04
10 900 22 40 35 6 2 1—2 3 4 2
11 Прямая 700 44 30 40 1,5 0,03 Угле- графит
12 300 66 15 5 3 4 5 1,5 0,04
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
142 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 17. Схема насосной установки, обе»
спечивающей прокачку фильтрованной
жидкости с постоянным расходом:
1 — бак; 2 — магнитной фильтр МФ4;
3 — шестеренчатый насос БГ 11-22А;
4 — обратный клапан типа 152-14; 5 —
фильтр тонкой очистки (топливный) ти-
па ТПФ-4 или ЭФКП-1 (6 шт.); 6 —
дроссель постоянного расхода типа
Г55-31В; 7 — манометр; 8 — ванна
станка
Рис. 18. Принципиальная схема
электроконтактной обработки:
ис — напряжение питающей сети;
и — напряжение на электродах; п —
частота вращения инструмента;
Qnp — сила прижима; «д — ско-
рость подачи инструмента; 1 — пи-
тающая сеть; 2 — инструмент; 3 —
деталь
Рис. 19. Принципиальная схема электроконтактного проливания отверстий:
1 трубчатый электрод-инструмент; 2 —» заготовка
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
143
Рис. 20. Схемы электроконтактной резки:
а — разрезание неподвижной заготовки с подводом тока к диску и заготовке;
б — разрезание неподвижной заготовки с подводом тока через диски-ин-
струменты; в — разрезание вращающейся заготовки: 1 заготовка; 2 — ди»
с;озый инструмент; 3 — щеточные токоподводы
Рис. 21. Расчетные электрические
характеристики мощной установки
для электроконтактной резки:
1 — первичная полная мощность St;
2 — первичная активная мощность
N^, 3 — мощность дуги N4 —
мощность потерь в трансформаторе,
сети и электроде N 5 — мощ-
ность потерь в электроде Nпэ; 6 —
напряжение на электродах С/э; 7 —
напряжение дуги С7д; 8 — КПД Т)э;
9 ₽ коэффициент мощности cos f.
Табл. 22—27 представляют сводку технических характеристик
основного оборудования — электроэроэионных станков различного
назначения, используемых для ЭИС и ЭИМ обработки (рис. 15—17).
В табл. 28—32 и на рис. 5—13 собраны данные, характеризующие
назначение и параметры генераторов импульсов, питающих электро-
эрозионные станки.
В табл. 33—48 приведены некоторые сведения об изготовлении
и эксплуатации электродов-инструментов и свойствах используемых
материалов (рис. 26)
Примеры применения ЭКО и режимы проведения даны в табл. 49—
55 рис. 18—25.
51. Эффективность электроконтактной обработки (ЭКО) по сравнению с обработкой резанием
Операция Снижение трудо- емкости Повышение производи- тельности Снижение себестои- мости Ток Среда Станок
Нарезание зубьев пилы прокатного стана 4- В 2 раза Постоянный Воздух Специальный ЗМИ
Обработка деталей из за- каленной стали + В 6 раз + Переменный Вода Модернизированный вер- тикально-фрезерный
Обдирка квадратных, ци* линдрических, конических слитков + В 5—10 раз В 1,5— 3 раза Воздух Модернизированный плоско- и круглошлифаль- ные МЭЮ и МА-415
Обработка деталей типа тел вращения из трудно- обрабатываемых сплавов + В 3 — 5 и более раз + Постоянный Вода МЭ301, МЭЗОЗ
Обработка кромок плоских крупногабаритных деталей сложного контура + + В 3—5 раз Модернизированный фре- зерный
Получистовое точение тел вращения + В 3—4 раза Модернизированный круг- лошлйфовальный и токар- но-карусельный
144 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Операция Снижение трудо- емкости Повышение производи- тельности
Прошивание трубчатым вращающимся электродом цилиндрических отверстий + +
Прошивание фасонных от- верстий и объемных по- лостей + В 2—3 раза
Отрезка труб диаметром до 100 мм и гнутых профилей . + В 6—8 раз
Отрезка заготовок из высо- колегированной стали диа- метром до 240 мм + В 4 раза
Сверление отверстий в де- талях из специальных спла- вов +
Точение крупных валов из закаленной стали 4- В 3—5 раз
Продолжение табл. 51
Снижение себестои- мости Ток Среда Станок
До 5 раз Постоянный и переменный Вода Модернизированный вер- тикально-сверлильный
+ Постоянный Специальный
4- Переменный Специализированный ВНИИметмаша («Электром-17>, 4А821М, 741)
4-
4- МЭЗОЗ
+ Модернизированный то- карный
СП
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
Продолжение табл. 51
Операция Снижение трудоем- кости Повышение производи- тельности Снижение себестои- мости Ток Среда Станок
Токарная обработка кор- пусных деталей из трудно- обрабатываемых сталей и сплавов и высокопрочных чугунов В 4—5 раз 4- Постоянный Вода МЭ301,< специальный и мо- дернизированный токарно- карусельный
Удаление изношенных зубьев колес перед восста- новлением В 5 — 7 раз 4- + Переменный 2 — 3 %-ный раствор соды Модернизированный круг- лошлифовальный
Удаление припуска после прокатки прутков из жа- ропрочного сплава 4- В 4—5 раз 4- Постоянный Вода Модернизированный круг- лошлифовальный
Удаление литников отли- вок из титановых сплавов 4- В 5 раз + Модернизированный круг- лошлифовальный
Чистовая отрезка профилей диаметром до 50 мм из труднообрабатываемых ма- териалов 4“ 4- 4- Модернизированный то- карный и абразивно-отрез- ной
Чистовая отрезка труб диа- метром до 50 мм 4- До 5 раз 4- Переменный Специальный отрезной
146 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Примечания: 1. Знак 4- указывает наличие положительного влияния, но различных ^количественных значений;
2. На всех операциях снижается расход инструмента.
52. Технические характеристики чистовой электроконтактной резки
Заготовка Прорезь, мм Рабочий ток, А Скорость подачи, мм/с
Сечение, мм Материал Длина Высо- та
Труба: 23X21 ХЗ,Б 28Х25Х 1,7 31X5 Сталь: 45 10 Сплав АМц 21 35 31 7.0 3,4 10,0 400 100 200 5,6 2,3 23,3
Лист» 1,0 Вольфрам 80 1,0 100 0,5
3,0 3,0 200
10,0 14,0 Титановый сплав Сплав ЭП678 60 50 10,0 14,0 500 600 5,6 0,9
18,0 7ХГ2В 40 18,0 300
8,9 17,8 Сталь ШХ15 30 8,9 17,8 100 200 0,5
26,7 26,7 300
Круг 31,0 Сталь 31 31 200 0,04
Квадрат 52x52 Чугун 52 52 800 0,12 ,
Ra, мкм Высота заусен- цев, мм Износ диска, % Произ- водитель- ность, ММ’/МИН
0,5 500
0,32—0,63 0,3 15 150
— 1800
0,16—0,32 0.1 120 60
280 180
30 6700
0,2 — 1500
0,32—0,63 —* 1080
0,3 30 0,5
12,0 80 1060
0,63—1,25 29,0 140 1590
0,16—0,32 — 170 120
0,32—0.63 15,0 70 7 40
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
53. Технические характеристики чистового электроконтахтного и абразивного резания
Параметр Чистовое электроконтактное резание Резание абразивным кругом
Материал заготовки Сплав ВНС5 Вольфрам Термоупроч- ненная сталь 45 Вольфрам Сплав ВНС5 Термоупроч- ненная сталь 45
Размеры сечения заготовки, мм Тавр 30X20X3 Стержень 0 4 Труба 25X0,5 Стержень 0 4 Тавр 30X20X3 Труба 25X0,5
Размеры инструмента, мм: -
диаметр 290 290 290 200 250 250
толщина 0,9 0,6 0,6 0,7 2,0 2,5
Рабочее напряжение, В 16 16 16 — — —
рабочий ток, А 100—400 80—120 40—100 — —* —
Скорость подачи, мм/с 4,5 2,3 2,1 2,0 1,5 1,5
Ширина прорези, мм 1,0 0,7 0,7 0,8 2,1 2,6
Износ инструмента по ра- диусу, мм (на 10 резов) 0,2 0,3 0,2 1,0 2,4 2,1
Высота заусенца, мм 0,05 0,3 0,2 1,0 1,5
Глубина термически изме- ненного слоя, мм 0,05 — 0.02 — 0.5 0.5
Примечание. Окружная скорость электрода-инструмента 20 м/с; охла ждение 5—10%-ной эмульсией, расход 0,3 л/с.
148 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
149
Рис. 22. Номограммы для оп-
ределения производительно-
сти <?(мм8/с) электроконтакт-
ной резки, скорости подачи
s, силы рабочего тока
мощности W и высоты заго-
товки Н при разных матери-
алах заготовки;
а ** С/р ® 18 В; толщина
диска 1—2 мм: / *— W, Мо,
Та, ЫЬ; 2 — сталь ШХ15;
сплав ВТ8, ВНС5; 3 —
сплав ВТ8, АМц; 4 — А1;
5 — сталь ШХ15, сплав
ВСН5; б « С/р » 21 В;
толщина диска 4—5 мм;
1 — ЭИ820; 2—сталь ШХ15,
45; сплав ВТ5; 3 — сплав
АМц; 4 — ЭИ829
Рис. 23. Зависимость мощ-
ности резания N п тангенци-
альной силы резания Е от
напряжения обработки и
скорости подачи (заготов-
ка — сталь У10 диаметром
12 мм)
Рис. 24. Зависимость мощ-
ности резания N и тангенци-
альной силы резания Е от
напряжения С7р и скорости
подачи (заготовка диаметром
9 мм из стали ШХ15)
150 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
54. Режимы электроконтактной обработки чугуна
Скорость детали, м/мин Подача, мм/об Глубина врезания, мм Рабочее напряжение, В Рабочий ток, А Производи- тельность, см8/мин
10,9 13,9 0,5 1 16 50 50—100 5,3 7,0
13,8 2 100 11,7
17,3 16,2 До 50 3,8
21,6 0,11 2,5 3,5 16 15,9 50 100—150 5,6 8,5
0,5 3 15,6 700—900 30
0,12 50-100 8
17,3 0,08 5,75 16 7,6
6,25 100-150 8,8
55. Результаты электроконтактной резки заготовок
из различных материалов
Заготовка Глубина резки, мм Машинное время резки, мин Напряжение, В Сила тока, А Износ диска по радиусу, мм/рез Производи- тельность, см2/мин
Частота вращения, об/мин Диаметр, мм Материал
25 30 Сплав ВТЗ 30 0,5 0,2 — 14
16 0,3 1
83 0,25 0,5 28
25 36 Сталь Р18 36 0,5 18 0,4 0,2 21
83 1,0 16 0,3 10
25 83 50 12Х18Н10Т 50 0,5 0,1 23 1,0 1,8 0,1 40 200
25 Р6 36 0,5 18 1,0 0,5 24
83 60 60 1,0 16 29
1X15
30 2,0 20 1,2 1,0 15
25 75 75 1,0 1,4 0,5 45
65 0,6 2,8 60
83 25 12Х18Н10Т 0,5 2,3 128
83 90 90 1,0 22 1,5 1,5 64
1,5 1,0 1,8 43
25 120 1 ШХ15 60 15 0,8 3,0 8
180 10 2,8 4,0 30
83 180 12Х18Н10Т 15 1,2 3,0
25 90 5 18 2,0 1,6 60
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
151
ных материалов и не вращающегося (7) инструмента из пирографита от ско-
рости подачи инструмента при электроконтактной резке в воде от источника
питания переменного тока с жесткой вольтамперной характеристикой для
источника питания £/х х - 37 В:
1 — медь Ml; 2 — сталь СтЗ; 3 — сталь 65Г; 4 — чугун СЧ 15; 5, 6 —
сталь СтЗ со вставками из металлокерамики ВМ70 и пирографита соответст-
венно; 7 — пирографит
Рис. 26. Схема технологических процессов изготовления электродов-инстру-
ментов с использованием методов литья, металлизации напылением и галь-
В2 вопластики
152 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛОВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННЫМ
СПОСОБОМ
Обрабатываемость материалов электроэрозионным способом
включает ряд показателей: производительность обработки (съем мате-
риала в минуту), относительный износ электрода-инструмента, шеро-
ховатость обработанной поверхности, качество поверхностного слоя,
точность обработки, стабильность процесса и др. Обрабатываемость
материала во многом определяет эффективность электроэрозионной
обработки.
За количественную оценку обрабатываемости принят коэффициент
обрабатываемости, определяющий отношение производительности об-
работки данного материала к производительности обработки стали 45
(ГОСТ 1050—74), при одинаковых условиях работы. Обрабатываемость
стали 45 условно принята за единицу. Значения коэффициентов обра-
батываемости при электроэрозионной обработке ряда материалов на
станках мод. 4ГГ21М и 4Б723М с использованием генераторов
ШГИ-40-440Б, ШГИ-125-100М и ТГ-250-0,15 даны в табл. 9.
РАСЧЕТ РАЗМЕРОВ ЭЛЕКТРОДОВ-ИНСТРУМЕНТОВ
Размер электрода-инструмента отличается от размера обрабаты-
ваемого профиля детали на величину износа электрода-инструмента
и межэлектродного зазора. Межэлектродный зазор выбирают
по табл. 20.
Расчет размеров электродов-инструментов для обработки сквозных
отверстий и глухих полостей представлен в табл. 35.
Значения углов наклона боковых поверхностей электрода-инстру-
мента в зависимости от гл бины обработки, износа электрода-инстру-
мента и угла наклона боковой поверхности обрабатываемого профиля
детали приведены в табл. 37.
После расчета основных размеров электрода-инструмента опре-
деляют прочие конструктивные элементы.
ТАРИФНО-КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОНИСТОВ ПО ЕТКС
2-й разряд
Характеристика работ. Электроискровая и электроимпульсная
обработка отверстий различных конфигураций, получение простых
выборок, выемок и канавок по 12-му квалитету на налаженных стан-
ках. Вырезание фланцев, разрезание труб с образованием фасок
под сварку, отрезание ‘ прибылей и проката. Шлифование наружных
и внутренних цилиндрических поверхностей на налаженных станках-
автоматах и полуавтоматах. Удаление из деталей сломанного инстру-
мента. Упрочнение нормального и специального режущего инструмента
на установках электроискрового упрочнения или на вибраторах.
Должен знать\ устройство и принцип работы однотипных электро-
искровых и электроимпульсных станков и вибраторов; наименование,
назначение и правила применения наиболее распространенных спе-
циальных приспособлений; устройство простого и средней сложности
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
153
контрольно-измерительного инструмента; элементарные сведения по
электротехнике в пределах выполняемой работы; марки материалов
применяемых электродов; основные сведения о допусках и посадках,
квалитетах обработки; правила техники безопасности противопожар-
ной защиты.
3-й разряд
Характеристика работ. Электроискровая и электроимпульсная
обработка фасонный поверхностей, полостей, отверстий и пазов по
7-му квалитету на электроэрозионных и электроимпульсных стан-
ках с применением несложной универсальной и специальной осна-
стки для установки и выверки обрабатываемых изделий. Установление
последовательности обработки и режимов обработки по технологи-
ческой карте или указанию мастера (наладчика). Изготовление цельно-
металлических сит и сеток с перемычкой между отверстиями свыше
0,1 мм. Вырезание изделий по копиру с необходимой выдержкой деталей
по 6-му квалитету. Предварительная обработка фасонных и криво-
линейных плоскостей деталей сложной конфигурации. Электроэрозион-
ное шлифование сложных деталей по 7-му квалитету, а также
ступенчатых отверстий с простыми формами переходов.
Должен знать: устройство однотипных электроискровых и электро-
импульсных станков и установок; устройство и правила применения
универсальных и специальных приспособлений; назначение и правила
применения контрольно-измерительного инструмента и приборов;
основные сведения по электротехнике и теории электроискровой об-
работки в пределах выполняемой работы; допуски и посадки, квали-
теты обработки.
4-й разряд
Характеристика работ. Электроискровая, электроимпульсная
обработка поверхностей, полостей, отверстий и пазов, точного и сложно-
фасонного инструмента, сложных штампов, турбинных лопаток по
7-му квалитету с выверкой и установкой обрабатываемых деталей
и электрода-инструмента. Выполнение электроискровых граверных
работ на деталях, изготовленных из твердого сплава или закаленных.
Вырезание сложнофасонных деталей непрерывно движущимся электро-
дом по заданным координатам. Изготовление цельнометаллических
сеток и сит с перемычкой между отверстиями до 0,1 мм, прорезание
узких щелей, обработка глубоких глухих отверстий в деталях из спе-
циальных сплавов и сталей. Электроэрозионное шлифование деталей
по 5—6-му квалитету. Самостоятельная наладка однотипных стан-
ков на различные режимы обработки по технологической или ин-
струкционной карте и паспорту станка.
Должен знать: устройство, кинематические схемы, правила на-
ладки и проверки на точность обслуживаемых однотипных станков;
принцип действия различных электрических схем при электроискровой
обработке; правила применения различных рабочих сред в зависимости
от видов обработки; конструктивные особенности и правила применения
универсальных и специальных приспособлений для установки и вы-
верки сложного фасонного инструмента; устройство сложного кон-
трольно-измерительного инструмента и приборов; правила установки
и выверки деталей и инструмента с использованием универсальной
и специальной оснастки; методы расчета размеров электрода-инстру-
мента; систему допусков и посадок, квалитеты обработки.
154 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
5-й разряд
Характеристика работ. Электроискровая, электроимпульсная
обработка эксцентрично расположенных и ступенчатых отверстий
различной формы, пазов, наружных и внутренних криволинейных
поверхностей и полостей ответственных и уникальных пресс-форм
штампов и кокилей по 5-му квалитету, требующих перестановок
и комбинированного крепления с выверкой в нескольких плоскостях.
Электроэрозионное шлифование отверстий в деталях из твердых спла-
вов и хрупких материалов, а также ступенчатых отверстий с различ-
ными формами переходов с точностью свыше 0,05 мм. Наладка станков
различных типов.
Должен знать: конструктивные особенности, кинематические
схемы и способы наладки и проверки на точность обслуживаемых
станков различных типов; способы установки, крепления и выверки
сложных, ответственных, уникальных деталей; правила настройки
и регулирования сложного контрольно-измерительного инструмента
и приборов; методы проверки электрических схем; принцип действия
источников питания; правила выбора различных рабочих сред в зависи-
мости от видов обработки и марки обрабатываемого материала.
6-й разряд
Характеристика работ. Электроискровая, электроимпульсная
обработка эксцентрично расположенных и ступенчатых отверстий
различной конфигурации и пазов, наружных и внутренних криво-
линейных поверхностей ответственных и уникальных пресс-форм,
штампов и 'кокилей по 0-му и 1-му квалитетам, требующих пере-
становок и комбинированного крепления с выверкой в нескольких
плоскостях. Электроэрозионное шлифование ступенчатых отверстий
с различными формами переходов с точностью до 0,05 мм. Обработка
изделий из жаропрочных и твердосплавных материалов.
Должен знать: конструкцию, способы наладки и проверки на
точность всевозможных станков, аппаратов и установок различных
типов; принцип выбора и установления режимов, пределы их значе-
ний, связь между' параметрами режимов, производительностью, точ-
ностью и чистотой обработки; особенности обработки твердых и жаро-
прочных сплавов; полупроводниковых материалов, определение • наи-
выгоднейших режимов их обработки; возможности замены диэлектри-
ческой жидкости.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Адаптивное управление электроэрозионными станками: Об-
зор. М.: НИИМаш, 1977. 97 с.
2. Артамонов Б. А., Круглов А. И., Стебаев В. П. Генераторы
импульсов для электроэрозионной обработки. М.: Машиностроение,
1978. 47 с.
3. Астахов Ю. В., Соловов В. Н., Сосен ко А. Б. Электроэрозион-
ные копировально-прошивочные станки нормальной точности. — Станки
и инструмент, 1977, № 9, с. 9—12.
4. Бихман Б. М., Мамет М. О. Технологические процессы элект-
роконтактной обработки.—Станки и инструмент, 1977, № 9, с. 24—25.
5. Вероман В. Ю., Розанов В. А. Опыт применения электроэро-
зионной обработки деталей в приборостроении. Л.: ЛДНТП, 1978.
28 с.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА
155
6. Витлин В. Б., Давыдов А. С. Электрофизические методы об-
работки в металлургическом производстве. М.: Металлургия, 1979.
158 с.
7. Выбор режимов и эксплуатация транзисторных источников
питания электроэрозионных станков: М.: НИИмаш, 1978. 68 с.
8. Гуткин Б. Г. Автоматизация электроэрозионных станков.
Л.: Машиностроение, 1971. 160 с.
9. Гуткин Б. Г., Лившиц А. Л. Электроимпульсная обработка
металлов. — В кн.: Электроразрядная обработка материалов. Л.:
Машиностроение, 1971, вып. 2, с. 123—196. (Библиотека электротех-
нолога).
10. Григорчук И. П. Электроконтактная обработка металлов. —
В кн.: Электрохимическая и электромеханическая обработка металлов.
Л.: Машиностроение, 1971, вып. 2, с. 171—207. (Библиотека электро-
технолога).
11. Золотых Б. Н., Мельдер Р. Р. Физические основы электро-
эрозцонной обработки. М.: Машиностроение, 1977. 42 с.
12. Кравец А. Т. Обработка на электроэрозионных копиро-
вально-прошивочных станках. — Станки и инструмент, 1977, № 9,
с. 12—14.
13. Кушлян Р. Я., Елецкий В. В., Соколов Г. М. Производствен-
ный опыт применения электрофизических методов обработки при из-
готовлении технологической оснастки. Л.: ЛДНТП, 1975. 28 с.
14. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Физика искрового способа
обработки металлов. М.: ЦБТИ Минэлектротехпром СССР, 1946. 75 с.
15. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электроискровая обработка
токопроводящих материалов. М.: Изд-во АН СССР, 1958. с. 140.
16. Лазаренко Б. Р. Электрические способы обработки металлов
и их. применение в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978. 40 с.
17. Левинсон Е. М. Электроискровая обработка металлов. Л.:
Лениздат, 1957. 186 с.
18. Левинсон Е. М., Лев В. С. Электроэрозионная обработка:
Справочное пособие по электротехнологии. Л.: Лениздат, 1972. 326 с.
19. Левинсон Е. М., Лев В. С. Электроэрозионное оборудование.
М.—Л.: Машиностроение, 1965. 240 с.
20. Электроимпульсная обработка металлов/А. Л. Лившиц
А. Т. Кравец, И. С. Рогачев, А. Б. Сосенко. М.: Машиностроение,
1967. 295 с.
21. Лившиц А. Л., Рогачев И. С., Отто М. Ш. Генераторы им-
пульсов. М.: Энергия, 1970. 224 с.
22. Материалы и методы для изготовления фасонных электродов
инструментов электроэрозионных копировально-прошивочных станков:
Обзор. М.: НИИмаш, 1975. 142 с.
23. Опыт применения лазерно-электроискровой технологии в ин-
струментальном производстве/В. Ф. Иоффе, Г. П. Ипатов, В. И. Сквор-
цов и др. Л.: ЛДНТП, 1977. 18 с.
24. Попилов Л. Я. Электроэрозионная обработка. — В кн.:
Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки
материалов. М.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1971, с. 221—357.
25. Ушомирская Л. А. Опыт электроконтактной обработки метал-
лов. Л.: ЛДНТП, 1979. 21 с.
26. Фотеев Н. К. Технология электроэрозионной обработки.
М.: Машиностроение, 1980. 184 с.
156 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
27. Источники питания для электроискрового легирования/
С. П. Фурсов, А. М. Парамонов, И. В. Добында, А. В. Семенчук. Ки-
шинев: Штиинца, 1978. 117 с.
28. Электроискровое легирование металлических поверхностей/
Г. В. Самсонов, А. Д. Верхотуров, Г. А. Бовкун. В. С. Сычев. Киев:
Наукова Думка, 1976. 219 с.
29. Электроконтактная обработка металлов. — В кн.: Новое
в электрофизической и электрохимической обработке материалов. Л.:
Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1972. с. 126—152.
30. Электроконтактная обработка труднообрабатываемых материа-
лов: Тезисы докладов 4-й Всесоюзной конференции по электроконтакт-
ной обработке. Запорожье: НТО Машпром, 1973. 123 с.
31. Электроэрозионная обработка металлов. — В кн.: Новое в
электрофизической и электрохимической обработке материалов. Л.:
Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1972, с. 153—227.
Г лава 8
ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА
Плазменной обработкой (ПЗО) материалов называют группу
операций (рис. 1), в которых для технологических целей используют
определенным образом сформированную струю ионизированного
Рис. 1. Технологические операции ПЗО
Рис. 2. Классификация плазмотронов
OlOSVdaO KVHHHWEVIfU
ZSI
158 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 3. Схемы нлазмотронши
а — с дугой прямого действия (с переносом дуги); б — с дугой косвенного
действия (без переноса); в — комбинированного типа: 1 — сопло; 2 — воль*
фрамовый электрод; 3 — ввод плазмообразующего газа; 4 — изделие; 5
канал для подачи присадочного порошка
Рис. 4. Схемы стабилизации дуги:
а = вихрем; б — газовым слоем; в — стенками сопла
Рис. 5 Характеристика источника пита-
ния режущей дуги при плазменной резке:
J—6 — ступени регулирования
Рис. 6. Вольт-амгерная характери-
стика плазменной дуги
ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА
159
Рис. 7. График распределения температур Т
по радиусу столба плазменной дуги при
различных значениях силы тока
Рис. 8. Схемы процессов
плазменной строжки (а) и
резки (6):
1 — плазмотрон; 2 — обра-
батываемая заготовка; 3 —
удаляемый материал; 4 — направление по-
дачи плазмообразующего газа
газа (плазмы), развивающую в месте соприкосновения с обрабатыва-
емым материалом высокие температуры (от нескольких тысяч до де-
сятков тысяч градусов Кельвина). Устройства, в которых формируется
плазма, получили общее название плазмотронов (рис. 2). Основным
рабочим устройством служит плазмот-
рон—специальная горелка, в кото-
рой взаимодействие электрической дуги
и газовой среды приводит к образова-
нию плазмы.
По характеру действия плазмо-
троны делят на два основных типа —
без переноса дуги и с переносом (рис. 3).
В плазмотроне первого типа электри-
ческая дуга горит между электродом
из тугоплавкого материала (вольфрам,
графит) и охлаждаемым водой соплом
или каналом, а газ, проходящий через
дугу, ионизируется и выходит из
сопла в форме струи (факела) плазмы.
В плазмотроне второго типа дуга горит
между электродом и обрабатываемым
Рис. 9. Скорость резки металла различной
толщины:
/ — плазмотроном со струей плазмы мало-
го сечения; 2—плазмотроном мощностью
100 кВт; 3 — граница предельных скоро-
стей резки е помощью типовых промыш-
ленных газорезательных машин; 4 — аце-
тилено-кислородным пламенем
1. Технические характеристики дуговых электроплазме иных установок и их источников питания
Параметр ОПР-6 УГЭР-300 УГЭР-500 АПР-401 ИПН-160/600 АПР-402 УПР-201 АП-5
Напряжение питания, В 380 380 380 220/380 220/380 380 220: 380 380
Пределы регулирования рабочего тока, А 200—600 50—400 100—700 100—450 200 — 700 100 — 450 150 — 250 5—100
Номинальный ток, А 400 300 600 400 400 400 200 100
Режим работы, ПВ, % 65 100 100 100 100 100 100 100
Напряжение холостого хода, В 320: 180 180. 300 300 160; 120; 80 300 180 40
КПД источника питания, % 70—80 70—80 70—80 87 — >88 >86 50—70
Масса, т 1,3 1,5 2,0 1,3 0,9 1,0 0,4 0,15
Габаритные размеры (длинахши- ринах высота), мм 1540Х Х745Х X 1510 920Х Х950Х X 1100 1100Х X 1000Х X 1300 900Х X 950 X X 1450 1500Х X 1000Х Х1450 1130Х X 860 X Х1800 820 X Х940Х X 1070 670 X Х520Х Х960
160 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА
161
2. Технические характеристики установок УПОМ
Параметр УПОМ-3 УПОМ-4 УПОМ-5
Номинальный ток, А 300 300 220
Расход: м3/ч
аргона 0,9 —
азота 1,2 1,5 —
воздуха 5,0 5,0 8,0
Максимальная толщина разрезаемого ли-
ста, мм:
стального 70 80 60
медногс 60 60 40
алюминиевого 80—100 100 . 80
Мощность, потребляемая установкой, кВт 60 60 50
Максимальное удаление плазмотрона от 23 23 23
источника питания, м
Масса:
переходного коллектора, кг 22 15 15
плазмотрона, г 600 600 650
Примечания: 1. Напряжение питающей сети 380 В, напряжение
холостого хода 180 В. 2. Расход воды 15 л/мин. 3. КПД составляет 85 %.
4. Масса источника питания 0,97 т, габаритные размеры 1200X600X 1200 мм.
изделием и струя плазмы совпадает со столбом дуги. Для устой-
чивой работы плазмотрона и повышения долговечности сопл элек-
трическая дуга должна быть соответственно сформирована и ста-
билизирована вдоль продольной оси плазмотрона. Это достигается
различными приемами, основные из которых показаны на рис. 4. При
вихревой стабилизации обжатие дуги производится потоком газа, по-
даваемого тангенциально в дуговую камеру плазмотрона (рис. 4, о).
При стабилизации дуги стенками сопла (рис. 4, в) диаметр канала
последнего выбирают соразмерно диаметру столба дуги. При этом тол-
щина пограничного слоя и расход через него холодного газа умень-
шаются, что приводит к дополнительному увеличению его средней
температуры. В зависимости от назначения и условий работы плазмо-
тронов в качестве рабочих газов применяют аргон, гелий, азот, их
смеси и воздух.
На рис. 5, 6 представлены зависимости, определяющие условия
получения и технологического использования плазмы.
Технические характеристики плазмотронов и установок даны
в табл. 1 и 2. На рис. 7, 9 и в табл. 3—6 приведены ре-
жимы плазменной резки для проведения разделительных операций
В табл. 7—10 содержатся данные, характеризующие процессы плаз-
менного напыления покрытий и плазменного формообразования на-
пылением. Оптимальные режимы плазменной сварки даны в табл. И.
6 Попилов Л. Я.
162 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
3. Оптимальные технологические режимы воздушно-плазменной резки
низкоуглеродистой стали
Толщина разрезае- мого листа, см Диаметр сопла, см Высота канала сопла, см Расход воздуха, м’/ч Рабочий ток, А Скорость резки, м/ч Толщина разрезае- мого листа, см Диаметр сопла, см Высота канала сопла, см Расход воздуха,» м3/ч Рабочий ток, А Скорость резки, м/ч
0,5 1,0 1,6 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 3,0 4 0,108 300 350 400 460,8 295,2 216,0 180,0 122,4 . 59,4 42,12 31,68 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 3,7 7 0,132 500 18,72 14,94 11,16 6,84 6,12 5,4 4,86 4,5
3,7 7 0,12 0,132 450 500
4,0 8 0,144 525 550 600
4. Оптимальная скорость (см/с) механизированной резки
на установке А ПР-402 (ток 400 А)
Материал Толщина листа, мм
5 10 20 30 40 60 80 100 160
Алюминий 16,7 10,0 5,8 3,8 2,7 1,2 0,5 0,3 0,1
Сталь низкоуглеро- дистая 10,0 7,5 4,2 2,5 1,5 0,7 0,3 0,2 0,08
Медь 8,3 5,0 2,7 1,7 0,8 0,3 0,2 0,1 —
5. Оптимальные режимы ручной резки низкоуглеродистых сталей
с помощью плазмотрона ПРВ-202 установки УПР-201
Толщина листа, • мм
Параметр 5 10 15 20 25 30 35 40
Рабочий ток, А 150 150 170 190 200 210 230 250
Скорость резки, см/с 3,7 2,0 1.0 0,75 0,63 0,50 0,33 0,25
ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА
163
6. Скорость плазменной резки
Материал Толщина листа, мм и, В /, А Скорость резки, м/ч Диаметры элек- трода и сопла, мм
Сталь 12Х18Н9Т 3-10 65 — 80 150 — 300 50-30 3; 3
20 — 30 80—90 350—400 ' 32 — 24 4; 4
30—40 80-95 380—420 24—16 4; 4
40-50 85 — 95 420—500 16—12 4; 4
50—60 95^110 500 — 550 12—10 5; 5
Алюминиевый сплав 8—20 50—75 180—380 60—50 3; 3
22—30 80—90 380—450 55 — 45 4; 4
30-40 85 — 95 400—450 32 — 24 5; 4,5
40 — 50 90—110 450—500 24—18 5; 5
50—80 130—135 500—600 19-16 5; 5
6*
164 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
7. Рекомендуемые режимы плазменной наплавки металлов
Размер изделия, мм Сварочный ток в цепи, А Расход газа, л/ч Амплитуда ко- лебаний, мм Частота колеба- ний, кол/мин
Тол- щина Диа- метр Электрод- изделие Элек- трод— присадоч- ная про- волока плазмо- образу- ющего защит- ного
Прямая полярность
5 — 8 — — 140—170 150—160 1000—1100 30-50
10—20 — — 160—180 160—170 1100—1200 10- 40
22—40 — — 190—210 160—180 30—40
50—100 — 40—80 200 — 210 170—180 1200
— 30 — 40 — 140—150 150 1000 — 1100 10- 30 40—50
— 50-70 — 160—190 150—160 1 100-1200 35—50
— 80—100 — 190 — 210 160—170 30—50
— 100—200 200—500 0—60 60—90 210 — 240 230—250 160—170 170 1200 1200 10- •40 30—40
Обратная полярность
8—20 22 — 40 50—100 50—100 100 — 200 200—500 100—140 140—180 180—220 100—200 140—220 180—200 90—150 140—170 170—220 90—150 140—200 160—200 160—180 800—900 10—60 20—40
180—200 900—1000
800—900 10 — 30 20—30
900—1000 25—40
8. Режимы плазменного напыления нитридов и карбидов
Мате- риал Nn. кВт 7д, А Сп. С/С Ст, г/с См, г/с dr, мкм zn, см
Аг N? Аг N,
TIN 22,4 14,5 260 500 1,05 0,64 — 0,3 0,1 ОДЗ 15—55 44 7
ZrN 24 300 — 0,64 ** 0,1 0,16 10-55 7,5
В4С Сг3С, 21 7,25 725 250 0,81 1,01 — 0,49 0,3 — — 63 —W
ТаС 19,5 750 0,67 — 0,22 — 44
TiC 19,6 725 — — — —
WC 13,1 12,5 525 500 0.81 — 0,19 0,27 — 63 —
ZrC 19,6 725 — 0,24 — —
Обозначения: A/Q — полная мощность плазмотрона; / д — ток
дуги; Сц и С1 — расходы плазмообразующего и транспортирующего газов;
См — расход материала (порошка); dr — размер частиц порошка; /п — ди-
станция напыления.
ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА
165
9. Режимы плазменного напыления оксидов и боридов
Материал кВт ZA, A cn, r/c cv r/c Cm, r/c dr, MKM zn, CM
Ar n2 Ar n2
А1?ОЯ 13,5 450 1,01 — 0,38 — — 44 —
А12О3 • SiO2 14 400 1,48 — 0,38 — — 44 —
Gd2O3 14 500 0,81 — 0,27 — — 63 —
MgO 22,5 750 0,81 — 0,24 — — 44 —
TiO2 20,2 750 0,47 — 0,27 — — 44 — *
v2o3 15,4 550 0,81 — 0,27 — — 63 —
Cr2O3 18,7 220 — 0,43 — 0,21 — 20-50 9,5
ZrO2 19,2 600 1,35 — 0,32 — — 44 —
20 — 0,77 — 0,06 — 0,17 43 — 74 10
UO2 20 — 0,77 — 0,08 — 0,5 43-74 10
BeO 30 — 0,90 — 0,21 — — 20 — 60 7,5
Mo2 В 5 21,6 310 — 0,6 — 0,21 — 40-80 10
CrB2 11,2 400 0,81 — 0,32 — — 63 —
TiB2 14,8 550 0,81 — 0,27 — — 44 —»
20,6 260 — 0,64 — — 0,11 10—40 8,8
Zr B2 17,5 650 0,74 — 0,3 — — 63
20,3 260 — 0,64 — — 0,13 10—37 9,0
NbB2 20,8 260 — 0,64 — — 0.11 10—53 9,0
TaB2 20,3 260 — 0,64 — 0,25 10—53 9,0
Примечание. Обозначения см. примечание к табл. 8.
166 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
10. Режимы плазменного напыления чистых металлов и неметаллов
Материал мп, кВт 7Д. А сп> г/с г/с dr, мкм Zn, см
Аг N, Аг n2
В 21,8 750 0,81 — 0,35 44
At 4,37 175 0,68 — 0,19 — 74
22,4 280 0,43 0,21 30—60 8
("'Г 15 500 1,01 — 0,24 — 63 —
16,5—18 300 0,4 0,54 — 0,21 30—46 10
Fe 8,4 300 0,81 — 0,22 — 44 —ле
Со 11,6 400 0,81 — 0,27 — 63
18,8 650 0,81 — 0,38 — 63 —в
Ni 16-18 200 — 0,53— 0,6 — 0,21 30 — 120 12
Си 16 500 1,35 — 0,27 — 44 —
17,6 220 — 0,56 — 0.21 40 — 60 13
Zn 6,4 200 1,48 — 0,24 — 63 —
Мо 13 450 0,81 — 0,27 — 63 —
21—25 265 — 0,57 — 0,21 30 — 46 13
Та 16 550 0,81 — 0,27 — 63 —*
W 14,9 550 0,81 0,24 — 44 —•
22,5 300 — 0,58 Ли. 0,13 30 — 46 8
Аи 7 250 0,81 — 0,32 — 63
Примечание. Обозначения см. примечание к табл. 8.
11. Оптимальные режимы сварки на установке У ПС-501
Материал Толщина листа, мм Рабочий ток, А Скорость свар- ки, см/с /Материал Толщина листа, мм Рабочий ток, А Скорость свар- ки, см/с
Прямая пел Медь ярнос: 6,0 гь 420 0,28 Обратная по. Алюминиево-магни- лярно< 4 гть 250 0,63
Латунь Л90 Латунь Л60 Me д н о - н и чел е»»ы й сил ап МНЯ 5-1 4 — 5 4 — 5 4 — 5 400 350 320 0,43 0,51 0,62 евый сплав ^Мгб 8 6 320 420 0,50 0,20
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
167
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Арцимович Л. А. Элементарная физика плазмы. М.: Атом-
издат, 1966. 200 с.
2. Быховский Д. Г. Плазменная резка. Л.: Машиностроение.
Ленинград, отд-ние, 1972. 167 с.
3. Головненко В. С., Доброленский В. П., Мисюров И. П. Тепло-
вая резка металлов в судостроении. Л.: Судостроение, 1975. 271 с
4. Донской А. В., Клубни кин В. С. Электроплазменные процессы
и установки в машиностроении. Л.: Машиностроение. Ленинград,
отд-ние, 1979. 221 с.
5. Ерохин А. А. Плазменно-дуговая плавка металлов и сплавов.
М.: Наука, 1975. 188 с.
6. Жуков М. Ф., Смоляков В. Я., Урюков Б. А. Электродуговые
нагреватели газа (плазмотроны). М.: Наука, 1973. 232 с.
7. Кудинов В. В. Плазменные покрытия. М.: Наука, 1977. 184 с
8. Низкотемпературная плазма. (Труды международного Симпо-
зиума). М.: Мир, 1967. 320 с.
9. Плазменная обработка. — В кн.: Новое в электрофизической
и электрохимической обработке материалов. Л.: Машиностроение.
Ленинград, отд-ние, 1972. с. 270—279.
10. Плазменная обработка материалов. — В кн.: Основы электро-
технологии и новые ее разновидности. Л.: Машиностроение. Ленин-
град. отд-ние, 1971, с. 81—115/
11. Попилов Л. Я. Плазменная обработка. — В кн.: Справочник
по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов.
Л.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1971, с. 413—436.л
12. Экспериментальные исследования плазмотронов. Сборник ста-
тей. Новосибирск.: Наука, 1977. 391 с.
13. Эсибян Э. М. Плазменно-дуговая аппаратура. Киев: Техн1’ка,
1971. 164 с.
14. Ясько О. И. Электрическая дуга в плазмотроне. Минск: Наука
и техника, 1977. 151 с.
Глава 9
СВЕТОЛУЧЕВАЯ (ЛАЗЕРНАЯ)
ОБРАБОТКА
Светолучевая (лазерная) обработка (СЛО) основана на исполь-
зовании тепла, генерируемого специально сформированным све-
товым лучом, характеризующимся оптической когерентностью (не-
расходимостью в пространстве — сохранением исходных размеров
168 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 1. Принципиальная схема твердотельного лазера:
1 — призма полного внутреннего отражения; 2 — кристалл активного ве-
щества; 3 — импульсная лампа накачки; 4 — источник энергии накачки;!
5 — электрод поджига; 6 •— стопа плоскопараллельных кварцевых пластина
7 — фронт волны излучения; 8 — импульс излучения; 9 *=» резонатор; Гщ
г2 — коэффициенты отражения оптического резонатора
Рис. 2. Принципиальная схема газового лазера:
/ — газоразрядная трубка; 2 — система охлаждения; 3 — зеркала; 4 — юсти»
ровочные узлы; 5 — электроды
сечения на значительном удалении от источника) и высокой кон-
центрацией переносимой им энергии, плотность которой в месте
фокусирования может быть многократно увеличена. При взаимодей-
ствии с веществом подобный луч способен оказывать интенсивное тепло-
вое воздействие, завершающееся почти мгновенным расплавлением
и испарением материала в точке фокусирования луча. Эта способность
и обусловливает возможность использования лазерного луча для
технологических целей. Устройство, применяемое для создания (гене-
рации) луча, носит название оптического квантового генератора (ОКГ),
на практике его обычно называют лазером.
Принципы действия и устройство лазеров обстоятельно описаны
в многочисленных литературных источниках.
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
169
Рис. 3. Зависимость выходной
мощности лазера от мощности на-
качки
Рис.4. Зависимость глубины отвер-
стия от мощности лазера:
1 — алюминий; 2 — никель
В зависимости от среды, в которой протекают процессы, ведущие
к возникновению когерентного светового луча, лазеры делят на твердо-
тельные, жидкостные, газовые. По характеру действия различают
лазеры непрерывного излучения и импульсные. На рис. 1—2 приведены
принципиальные схемы лазеров.
В табл. 1 указана эффективность технологического использова-
ния лазерного луча. В табл. 2—3 и на рис. 3—8 приведены некоторые
данные о взаимодействии лазерного луча с веществом и его особен-
ностях.
1. Эффективность светолучевой обработки по сравнению с обработкой
резанием
Операция Повышение про- изводительно- сти Улучшение ус- ловий труда Возможность автоматизации Снижение тру- доемкости Иначе трудно- выполнимо Оборудование
Обработка микроотвер- стий в заготовках тех- нических камней + + В сотни раз + АК-345, «Квант-9» 4222 .
Обработка рабочих от- верстий в алмазных во- локах В десят- ки раз + + + + 4222 (ЛУ-1)
Прошивание большого числа отверстий и ще- лей в листовом мате- риале, изготовление се- ток и т. п. Сварка деталей из раз- личных сплавов + + + 4222Ф2 Специали- зированное
Примечание. Знак 4- указывает на существенное значение эф-
фекта.
170 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
2. Критические плотности разрушения потока > для металлов
Металл X, Вт/(см- °C) а, см2/с Т °C 1 пл, v *ИМП’ G QW. чс * Вт/см2
Си 3,89 1,12 1083 ю-8 IO"8 1,1-10* 3,5- 107
Сталь 0,51 0,15 1535 10-8 10-8 3,5- 103 1,8-10®
Ni 0,67 0,18 1453 IO"’ IO"8 6,5- 108 2,0- 10®
Ti 0,15 0,06 1800 IO’8 10-« 3-108 106
W 1,69 0,65 3380 io-3 IO"8 2- 10* 6,2-10®
Мо 1,41 0,55 2600 IO'3 IO"8 1,3-10* 4,4-10®
Сг 0,70 0,22 1830 ю-3 IO"8 7,7-108 2,7-10®
Al 2,09 0,87 660 io-3 IO'8 4,2-103 1,3-10®
Обозначения: а — температуропроводность; 7'пл — температура
плавления на поверхности; Гимп — длительность импульса; — крити-
ческая плотность разрушения
8. Критические плотности потока q^ для металлов
Металл pL, кДж/см3 а, см2/с 'имп» с Вт/см2
Си 42,88 1,12 IO"8 IO-8 1,4- 10е 4,6- Ю8
Сталь 54,76 0,15 IO"8 10-8 6,7-10® 2,1 • 10е
Ni 55,3 0,18 10-8 10-8 7,5- 10® 2,4-Ю8
Ti 44,27 0,06 10-8 IO"8 3,4-10® 1,1-Ю8
W 95,43 0,65 IO"8 IO"8 2,4-10е 7,7-108
Мо 69,05 0,55 IO"8 IO'8 1,6-10е 5,1- 10е
Сг 54,17 0,22 IO"3 IO"8 8,4-10® 2,5-108
Al 28,09 0,87 IO'3 IO-8 8,6- 10® 2,7-108
Обозначения: L — удельная теплота испарения; — плот-
ность потока, при которой скорость испарения равна скорости нагрева; а —
температуропроводность; /имп—длительность импульса; р —плотность.
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
171
Рис. 5. Зависимость длительно-
сти излучения *имп от энергии
накачки 1УН и материала актив-
ных элементов:
1 — неодимовое стекло; 2 —
рубин
энергии лазера на рубине (режим мил-
лисекундного импульса; линза с J =
= 30 мм):
1 — сталь 12Х18Н9; 2 — медь; 3 —
алюминий
Рис. 7. Распределение твердости вокруг лунки,
зера в различных материалах:
а — сталь РЗ; б — твердый сплав ВК8
образованной лучом ла-
Классификаиия ОКГ дана в табл. 4.
Характеристики некоторых ОКГ (лазеров) технологического на-
значения приведены в табл. 6. Сведения об основных элементах
лазерных установок — лампах накачки и источниках питания — со-
держатся в табл. 7—8.
В табл. 10—13 даны показатели технологического использования
лазерного луча, применяемого оборудования и режимов работы, на
рис. 9—12 — типовые и оптические схемы лазерных установок.
В табл. 9 приведены модели станков для прошивания и резания
с твердотельными ОКГ. Основное назначение станков; 4222 — для
172 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис, 8, Зависимость диаметра отвер-
стия от энергии светового импульса;
7 ** алюминий монолитный; 2
алюминиевая фольга толщиной
0,05 и ОД мм
Рис, 9, Типовая схема лазерной технологической установки;
1 —* зарядное устройство; 2 ** емкостный накопитель; 3 —* система управ*
ления; 4 •— блок поджига; 5 « лазерная головка; 6 — система охлаждения;
7 система стабилизации энергии излучения; 8 — датчик энергии излу»
чения; 9 •»- оптическая система; 10 сфокусированный луч лазера; 11 — об-
рабатываемая деталь; 12 — координатный стол: 13 <“• система программного
управления
Рис, 10, Оптическая схема лазерной сварочной установки:
I — зеркала резонатора; 2 — активный элемент; 8 ~ оптическая система для
фокусирования излучения на свариваемые детали и наблюдения ва местом
сварки; 4 зеркальная полость осветителя; 5 ₽ лампа накачки
обработки микроотверстий и узких щелей в различных, в том числе
сверхтвердых, материалах (алмаз, рубин); может работать как в ре-
жиме свободной генерации, так и при ультразвуковой модуляции
излучения, 4222Ф2 — для обработки микроотверстий, расположенных
на детали по координатной сетке в фиксированным шагом; система
ЧПУ обеспечивает перемещение стола по двум координатам с точностью
10 мкм; может работать как в режиме свободной генерации, так и при
ультразвуковой модуляции излучения, АК-345, АК-378, «Квант-9» —
для обработки микроотверстий, прорезания узких пазов в различных,
в том числе сверхтвердых, материалах,
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
173
Рис. 11. Схема машины для газолазерной резки:
1 — выход СО2-лазера; 2 — система передачи излучения; 3 *— шланг подачи
кислорода в зону резки; 4 — подвижная головка; 5 — разрезаемый лист
(заготовка); 6 ₽- электрический привод; 7 — система управления приводом;
8 — червячная передача; 9 — призма
Рис. 12. Схема установки для газолазерной резки:
1 — лазер на основе СО/, а — глухое сферическое зеркало резонатора; б ₽*
рубашка водяного охлаждения; в — газоразрядная трубка; г полупрозрач-
ное зеркало резонатора (плоское); д — электроды; 2 •— зеркало под углом
45°; 3 — защитное стекло; 4 — линза; 5 — окно под давлением; 6 форсунка
для поддува газа; 7 сопло форсунки; 8 положение фокуса линзы; 9
заготовка
4. Классификация оптических квантовых генераторов
Твердое Жидкость
Метод возбу - видения Кристаллы Стекло Растворы не- органических красителей Растворы орга- нических кра- сителей
Рубин А12О34-Сг2О3 Иттриево-алюми - ниевый гранат V» AI6O12+Nd3+ С неодимом (Nd3*' ) О с (О и О Ф (Л + Z Родамин Р-терфенил Z о О
Оптиче- ский Электри- ческий ток: постоян- ный перемен- ный импульс- ный Химиче- ский + + + + 4“ Н- + + 4- 4- 4-
Рабочее тело
Газ
Полупроводник
ME
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
175
5. Технические характеристики измерителей энергетических
параметров О КГ
Тип прибора Диапа - зон длин волн, мкм Пределы измерения Погреш- ность, % Приемник излучения
Энергия импульса, Дж Мощность непре- рывного излуче- ния, Вт
ИМО-1 0,4 —4,0 0,01 — 10 Ю-’—10"1 ±15 Калориме- трический
ИМО-2 0,33 — 10,6 10-»—100 ± (6,5-7)
ИЭК-1 0,4—1,2 — ±8
ИКТ-1М 0,3 —5,0 0,15—1000 — ± (0,1—0,2)
КОД-6 0,4 —4,0 1-100 1 — 100 ± ю
КОД-10 0,4—11,0 3—300 3-300
МКЗ-18А 0,4-3,5 ю-а—0,3 10-*—10“2 ± (10-20)
МЗ-24 0,4 —1,1 10-4 —5 — ±7 Жидкостный
ИЖК-1 — 0,1 — 100 ± (5—10) Охлаждае- мый конус
ФМЛ-М1 25- IO"3—500 для X = = 1,06 мкм 80—3- 106 ± 20 Фотоэлек- трический
ФМЛ-М1 25- 10’6 —500 для X = = 0,693 мкм 0,8 — 3- 10*
СИФ-1 0,35 — 1,1 ю-18—10 10“®—108
6. Технические характеристики лазеров для технологических операций
Рабочее вещество лазера Длина волны, мкм Режим работы Мощность излучения, Вт
Рубин 0,6943 Импульсный С модуляцией доброт- ности 1—20 ** ЮБ * *2 108 *2
Неодимовое стекло Импульсный С модуляцией доброт- ности 1 — 15 “ 10е *2 Ю» *2
Иттриево-алюминиевый гранат 1,06 Непрерывный Импульсный С модуляцией доброт- ности 1 — 1100 1 — 100 « 500—5» 10° *2
Углекислый газ—азот— гелий 10,6 Непрерывный Импульсный С модуляцией доброт- ности 50 — 10’ 103 1—250 104 *2
Аргон 0,48; 0,51 Непрерывный Импульсный * LO LQ т— см 1 1
** Средняя.
*? Пиковая.
Частота следова- ния им- пульсов, Гц Длитель- ность им- пульса, мс Область применения
0,3—6 Сварка* сверление
1 0,3—2
5—50 нс Испарение
30 мин-1 0,5—10 Сварка, сверление
5 мин-1 0,5—1 Сверление, резка
10—60 нс Испарение
— — Испарение, сварка, резка
1 — 100 0,01—5 Сварка, сверление
(1 — 10)1 о3 150—300 Испарение
Резка, сварка, термооб-
работка
1 — 1 - 103 5—150 мкс Сверление
200 — 500 30—300 Испарение, сварка
— — —
1—МО3 5—100 мкс Испарение
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
7« Технические характеристики импульсных ламп оптической накачки
Тип Энергия вспышки, Дж Рабочее напря- жен и е,- кВ Мощ- ность, Вт Частота следо- вания вспышек, Гц Длитель- ность вспышек, мкс Срок службы, тыс. вспышек
ИФП-600 600 1,-756 53 0,1
ИФП-800 800 1,-6 800 600±50 5
400 1,-4 400 1,-0 50
1 200 1,5 120 0,1 5
ИФП-1200 60 1,45 6000 10 500 36
120 1,1 600 50 270
ИФП-2000 2 000 1,5 132 0,066 750 5
ИФП-5000 5 000 2,25 165 0,033 500 10
ИФП-5000-2 3,0 500 0,1 800
ИФП*8000 8 000 6 000 2,6 264 200 0,033 0,066 1500 800 5
ИФП-20000 20 000 4,65 660 1500
13 000 430 0,033 800 8
ИФПП-7000 7 000 2,6 230 1000 0,5
ИСПТ-600 600 1,45 6000 10 800 36
Напря- жение зажига- ния, кВ, не более Напря- жение самопро- бо£, кВ, не менее Емкость накопи- тельного конден- сатора, мкФ Индук- тивность разряд- ного контура, мкГн
3,7 600 150
0,7 2,5
400
1000 100
0,6 3 600
200
2 1800 45
1,2 3 2000 —
1,5 1100 100
3,5 2400 140
1,8 1800 60
2 6 1850 140
2,0 1200 70
1,5 3 1800 00
0,6 60
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
8. Технические характеристики серийных импульсных накопительных конденсаторов
Тип Нормаль- ное на- пряже- ние, кВ Номи- нальная емкость, мкФ Частота повторе- ния, Гц Сопро- тивление разряд- ной цепи, Ом Режим работы Срок службы, тыс. цик- лов Удель- ная энергия, Дж/см3 Удель- ный объем, Гуд-10- м8/Дж Удель- ная масса, <?уд10- кг/Дж
К41И-7 5 100 0,01 5 5 — 6,8 12
35
МБГВ 1,0 0,5 Непрерывный 1 800 — 20
1 200 1,5 0,5 2 700 — 18 31
К42-13 20 5,0 0,1 2/10 60 — 16
К75-11 2 100 0,5 0,5 0,5/10 5 0,174 5,5 11
К75-14 * 3 1,0 0,6 1/0,3 100 — 10 16,5
К75-17 1 50 100 0,5 10/20 36 000. — 24 50
К75-19 2 100 10 1,8 60/180 0,04 25 41
К50И-8 (М 500 0,1 0,45 Непрерывный 10 — 3,48 6
К75-27 2 100 0,1 3/3 25
К75-28 3 1,0 1/5 50 0,165 6 11
ИМ5-140 5 140 0,16 2500 Непрерывный 40 0,05 20,5 35
0,3 800 0,1 0,45 10 — 3,87 6,7
** В разрядную цепь входит также индуктивность 212 мкГн для К75-14 и 15 мкГн для
К75-19
178 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Примечание. В числителе указано время работы; в знаменателе — время перерыва, мин.
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
179
9. Технические характеристики установок для светолучевой лазерной
обработки
Параметр 4222 4222Ф2 АК‘345 АК-378 «Квант-9»
Энергия излучения, Дж До 2 До 2 0,2 —0,5 1,5 10
Длительность им- пульсов, мкс Частота следования импульсов, Гн 100 -500 2, 4, 8 ЮО—400 2, 4, 8 150—300 100 — 500 200-750
Диаметр обрабаты- ваемых отверстий, мкм 20 — 200 20-200 50-80 80—200 5-800
Ширина обрабаты- ваемых щелей, мкм 50—150 — — — —
Глубина отверстий при многоимпульс- ной прошивке, мм До 4 До 4 — — —
Глубина щелей при многоимпульсной прошивке, мм До 1,5 — — — —
Производительность До 9000 отв/ч 6=0,5*1 мм за 0,8 с 6 = 0,75*1 мм за 1,2 с Сверление алмаза в 200 раз быстрее, чем ме- ханически
Площадь стола для крепления приспо- соблений, мм 75X95 300Х 110 *— — —
Точность коорди- натных перемеще- ний стола, мм Система охлажде- ния ОКГ 0,01 Замкнута лированн емкое! 0,03 я; дистил- ой водой; ь 40 л
Потребляемая мощ- ность, кВт Габаритные разме- ры, мм: 3 3 2 2,5 2
станка 1200Х Х500Х X 1245 650 X У 11 оох X 1245 —
шкафа управле- ния 1000Х X 570 X X 1030 1000Х Х570Х X 1030 — — —
блока охлажде- ния 430Х Х390Х хбоо 430Х X 390Х Х600 — — —
системы ЧПУ — 300Х X 400 X X 1000 — — —
Масса станка, кг 900 900 — — —
Отверстия в рубине толщиной Ь.
10.’ Скорости резки материала лучом О КГ
Материал Мощность, Вт
,100 200 250 850 1 кВт **
б, мм V, м/мин б, мм V, м/мин б, мм и, м/мин б, мм V, м/мин б, мм и, м/мин
Сталь: низкоуглеродистая 1,0 1,6 4,75 0,635 0,5 0,635 2,2 1,8 6,3 2,1 *4
коррозионно-стойкая 1,0 0,94 0,46 0,635 0,5 2,6 9 0,36 4,7 1,27 *6
покрытая пластиком —— — 0,89 0,635 — — — — —
Титан — — 0,51 0,203 *2 0,6 0,2 *2 0,5 3,24 — —
Ниобий — 0,13 0,127 *2 — — —— —
Тантал — — 0,13 0,127 *2 — — — — — —
Цирконий — — 0,25 0,914 *2 — — — —
Карборунд — — 1,57 0,762 — — 1 — — — —
Дерево — 17,5 0,203 18—50 0,1— 0,2 5 4,5 *3 —
Асбоцемент — — 6,35 0,025 6,3 0,025 *2 — — —
Стекло — — 0,381 0,101 4,0 0,1 *! — 9,5 1,52 * ‘
Найлон — — 0,76 6,10 — — — — —
Плексиглас — — — — — — — 25,4 1,52
Алюминий — — —— — — — — 12,7 2,3 *4
Кварц 1,-2 0,5 — — — — — — — —
Резина 2,0 1,9 — — — — —
Керамика —» —• — — — 6,5 0,6 *3 — —
* J Без газовой струи.
* 2 Для поддува используют воздух.
* 3 Для поддува используют аргон.
* 4 Мощность 15 кВт.
* 5 Мощность 20 кВт.
* ® Мощность 8 кВт.
Примечание. В остальных случаях для поддува используют кислород
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
11» Типичные параметры отверстий в различных материалах и режимы их получения
Материей Параметры отверстия Режим обработки Способ обработки Число отверстий
Диаметр D. мкм Глубина Л, мм n/D Допуск ня диаметр, мкм «и 'Д1 о о> X Е S JS 1 N, Вт/см 1 Число им- пульсов ня отверстие Ближняя зона Дальняя зона О НТ/С система
Керамика 3,2 16 1.4 4-Ю6 4G 4-
200 4-30 1^6 16 5- 10е — 4- — 4
Феррит ьо -4- 4 0,3 1,-2- ИГ т 4- 4
50 20 — 0,-05 0?9 6-IO7 10 4. __ -1-
100 Of 7 7 ±15 1,-5 ТО 2-TCF 1 — 4 — 4
Коррозионно-стойкая 0*5 5 ±Ь5 &• М): 9 4 4
сталь 50 Ь2 24 — 0,-2 0,-9 12 4- — — 4
ОД 0,8 1,5-108 1-5 4- . — 4 4
Рубив 10 0,4 40 — 0.1 Мод ул я - — 4- 4-
ция до- бротности
50 0,45 9 — 0,2 ? 5
Латунь 30 Ofl 3,-5 =Ы,5 0,05 м 4» 10’ 1—3 4- — 4- 4
Ситалл 50 0,6 12 0.3 ТД) 5-10’ 3—5 4- — — 4-
СВЕТОЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
182 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
12. Удельная энергия So лазерного резания материалов
Материал So, кДж/г Материал So, кДж/г
Текстолит 50 Дуб 5,4
Стеклотекстолит 47 Фанера клееная 5,4
Облицовочный пластик 2 Винипласт 1,8
Картон 0,8 Резина:
Плексиглас 2,0 цаслобензостойкая 2,5
Асбоцемент 28 вакуумная 2,1
Асбест листовой 20 Ситалл непрозрачный 25
Керамика 30 Стекло:
Композитные материалы 80 обыкновенное 31
Сосна 0,9 кварцевое 45
Обозначения: So = сТ0 — удельная энергия резания, где с —
теплоемкость; Т& — температура разрушения
13. Режимы глубинной лазерной сварки
Металл 2V0, кВт h, мм Ь, мм V, мм/с N0/h- IO"3, кВт/м A/o/^s = х II /з
Сталь 0,125 0,125 0,45 38,0 1 56 3,5
0,250 0,70 14,8 1 28 1,1
0,417 0,75 4,7 0,6 17 0,72
0,125 21,1 2 56 1,2
0,203 0,50 12,7 1,23 34 1,3
0,250 1,00 4,2 1 28 0,86
Инконель 0,25 0,100 0,25 63,5 2,5 74 3,2
0,250 16,9 1 29 1,52
Никель 0,125 0,45 14,8 2 20,6 0,53
Медно-никелевый 0,250 0,62 6,4 1 21,3 0,57
сплав
Титан 0,125 0,37 59,0 2 50 3,0
0,250 0,55 21,1 1 25 1,61
Сталь 8,9 2,3 12,5 0,9 28 5,9
8 6,4 2,1 16,7 1,25 35 7,2
20,2 3,3 21,2 0,9 27 14,3
20 12,7 2,3 42,4 1,57 44 19,9
Обозначения: No — мощность лазера; h — глубина проплавле-
ния; х — нормализованная на единицу глубины входная мощность (нормали*
вовапная мощность); b — полная ширина расплавленной зоны; Y — норма*
лазоаапная ширина расплавленной зоны; v — скорость движения источника
излучения; а — температуропроводность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
183
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аллен Л., Джонс Д. Основы физики газовых лазеров. М.:
Наука, 1970. 308 с.
2. Бабенко В. П., Тичинский В. П. Газолазерная резка материа'
лов. Л.: ЛДНТП, 1973. 34 с.
3. Байбородин Ю. В. Введение в лазерную технику. Киев: Тех-
ника, 1977. 240 с.
4. Батраков А. С. Квантовые приборы. Л.: Энергия, 1972. 179 с.
5. Белостоцкий Б. Р., Любавский Ю. В., Овчинников В. М.
Основы лазерной техники. Твердотельные ОКГ. М.: Советское радио,
1972 408 с.
6. Вакс Е. Д. Технология обработки деталей машин световым
лучом. М.: Машиностроение, 1974. 32 с.
7. Вакс Е. Д., Соколов Б. М. Станки для лазерной обработки. —
Станки и инструмент, 1977, № 9, с. 35—36.
8. Вейко В. П., Л и бен сон М. Н. Лазерная обработка. Л.: Лен-
издат, 1973. 191 с.
9. Волков И. В., Вакуленко В. М. Источники электропитания ла-
зеров. Киев: Техн{ка, 1976. 176 с.
10. Использование ОКГ в современной науке и технике: Матери-
алы к семинару. Л.: ЛДНТП, 1973. 60 с.
11. Каминский А. А. Лазерные кристаллы. М.: Наука, 1975.
256 с.
12. Крылов К. И., Прокопенко В. Т., Митрофанов А. С. Приме-
нение лазеров в машиностроении и приборостроении. Л.: Машинострое-
ние. Ленинград, отд-ние, 1978. 336 с.
13. Лазерная обработка отверстий в технических рубиновых кам-
нях /Е. Д. Вакс, Б. X. Мечетнер и др. Л.: ЛДНТП, 1975. 43 с.
14. Лазерная резка, сверление и термолитография в приборострое-
нии. М.: ЦНИИТЭИприборостроения, 1977. 47 с.
15. Лазерное излучение/Под ред. В. Я. Гранкина. М.: Воениздат,
1977. 192 с.
16. Лазеры (Над чем думают физики, вып. 11)/Пер. с англ. М.:
Наука, 1977. 152 с.
17. Лазеры (в технологии/Ф. Ф. Водоватов, А. А. Чельный,
В. П. Вейко, М. Н. Либенсон, М.: Энергия, 1976.
18. Лазеры в технологии: Сборник статей. М.: Энергия, 1975.
216 с.
19. Лазеры и их применение. М.: Наука, 1974. 229 с.
20. Методы повышения точности лазерной размерной обработки/
М. Н. Либенсон, Г. П. Суслов, А. Н. Кокора и др. Л.: ЛДНТП, 1972.
32 с.
21 Михайлов-Тепляков В. А., Богданов М. П. Автоматизированная
лазерная резка материалов. Л.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние,
1976. 208 с.
22. Моравский В. Э., Горащук В. П., Величко О. А. Технология
и оборудование импульсной лазерной сварки и резки. М.: Машино-
строение, 1976. 55 с.
23. Опыт применения лазерно-электроискровой технологии в
инструментальном производстве/В. Ф. Иоффе, Г. П. Ипатов, В. И.
Скворцов и др. Л.: ЛДНТП, 1977. 18 с.
184 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
24. Попилов Л. Я. Светолучевая обработка. — В кн.: Справочник
по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов.
Л.: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1971, с. 437—461.
25. Применение лазеров/Под ред. М. Росса. М.: Мир, 1974. 445 с.
26. Резка тонкослойных материалов излучением СО2-лазера/
В. Л. Володькина, М. Н. Либенсон, В. Т. Прокопенко, Л. А. Сурменко.
Л.: ЛДНТП, 1973. 32 с.
27. Рэди Дж. Действие мощного лазерного излучения/Пер. с англ.
М.: Мир., 1974. 468 с.
28. Рыкалин Н. Н., Углов А. А., Кокора А. Н. Лазерная обработка
материалов. М.: Машиностроение, 1975. 296 с.
29. Рябцев Н. Г. Материалы квантовой электроники. М.: Сов.
радио, 1972. 384 с.
30. Светолучевая обработка материалов. — В кн.: Новое в электро*
физической и электрохимической обработке материалов. Л.: Машино-
строение, Ленинград.^отд-ние, 1972. с. 280—308.
31. Справочник по лазерной технике. Киев: Техшка, 1978. 288 с.
32. Суминов В. М. Обработка деталей лучом лазера. М.: Машино-
строение, 1969. 220 с.
33. Технологическое применение газовых лазеров/Г. В. Бубя-
кин, Г. Р. Левинсон. В. И. Смиляга, В. П. Тычинский. Л.: ЛДНТП,
1970. 32 с.
Глава 10
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
Электронно-лучевыми (ЭЛО) называют способы обработки мате-
риалов, основанные на использовании тепловой энергии высокой плот-
ности, выделяющейся в точке встречи сфокусированного луча (пучка)
электронов с поверхностью материала. Необходимый для осуществле-
ния ЭЛО поток электронов, движущихся с большой скоростью и опре-
деленным образом формируемых в про-
странстве, создается с помощью ус-
тройства, носящего общее название
электронной пушки (иногда прожек-
тора). Принципиальная схема получе-
ния и формирования электронного
луча показана на рис. 1.
Электроны, эмитируемые (испу-
скаемые) накаленным катодом элек-
Рис. 1. Принципиальная схема получения и
формирования электронного луча:
1 — накаливаемый катод; 2 — фокуси-
рующий наконечник; 3 — анод; 4 —.
катушка (электромагнитная линза),
фокусирующая электронный луч L; 5 -*
обрабатываемая заготовка
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
185
тронной пушки, сначала попадают в электрическое поле, создаваемое
электродами специальной формы (электрической линзой), в котором
сжимаются и формируются в узкий пучок. Затем они проходят через
магнитное поле, создаваемое катушками специальной формы (магнит-
ными линзами), в котором окончательно фокусируются и сводятся
в узкий луч с высокой концентрацией энергии в нем. При встрече с по-
верхностью какого-либо материала электроны тормозятся, и кинемати-
ческая энергия их превращается в тепловую. В результате в точке
встречи мгновенно возникает высокая концентрация тепловой энергии,
что приводит к нагреву, плавлению и испарению материала.
При ускорении электронов в электрическом поле, что необходимо
для придания им достаточной кинетической энергии, скорость (в см/с
или км/с) движения электронов определяется формулой
или
о = 5,93 • 10’/Ууск
о 600/Uуск>
где (7Уск— ускоряющее напряжение (потенциал электродов), В.
Мощность, передаваемая электронным лучом объекту его фокуси-
рования (без учета потерь на отражение и излучение),
№ == / л^уск»
где 1 л — сила тока в луче, А.
Кинетическая энергия, приобретаемая электронами в электри-
ческом поле,
Е
где т — масса электрона (9,1.10""28 г); v —- скорость движения элек-
трона; е — заряд электрона, равный 1,6-10’19 Кл; U — разность по-
тенциалов на участке, пройденном электроном, В.
При соударении электронов с поверхностью обрабатываемого
объекта их кинетическая энергия почти полностью переходит в тепло-
вую, мощность которой приближенно равна
N = I л^/уск,
. пе . .
где /л= "^---ток лУча (дчисло электронов в потоке; t — время, с).
Незначительная часть (0,1—3 %) Енин преобразуется в рентгенов-
ское излучение, мощность (в Вт) которого
1Гревтг = 3. io-\zt/VK5,
где Z — порядковый номер элемента в периодической системе; /л —
сила тока в электронном луче (пучке), мА; (7уСК — ускоряющее напря-
жение, кВ.
186 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
1. Глубина проникновения электронов в металл
Металл (сплав) Р, г/см3 Глубина про- никновения (в мкм) при различных t/уск’ кВ Металл (сплав) Р. г/см3 Глубина про- никновения (в мкм) при различных t/уск’ КВ
10 50 100 10 50 100
Алюминий 2,7 0,76 19,4 77,5 Сталь 7,7 0,27 6,8 27,1
Бериллий 1,84 Ы 28,5 114 Тантал 16,6 0,12 3,16 12,6
Вольфрам 19.3 0,1 2,7 10,9 Титан 4,5 0,45 11,7 46,6
Германий 5,46 0,38 9,6 38,5 Хром 6,92 0.3 7,6 30,4
Молибден 10,1 0,2 5,2 20,8 Цирконий 6,4 0,32 8,2 32
Медь 8,89 0,23 5,9 23,6
2. Удельная энергия плавления и скорость испарения металлов
Металл (сплав) Тпл. °C ^пл* Вт/см ^уд- Вт/см2 УИСП’ см/с
Вольфрам 3377 4940 865 1,36’ 10~ь
Медь 1084 4000 700 3,97-10-’
Серебро 960 3890 680 4,12-10-’
Молибден 2577 3730 653 7,86- 10-®
Золото 1063 3250 658 5,80- 10“8
Алюминий 659 2790 488 2,57-10-“
Бериллий 1284 2745 480 7,14-10~®
Тантал 2997 2093 3G7 4,95’10"?
Железо 1539 1230 215 3,90’10-®
Магний 650 1090 191 1,36-1 о-2
Никель 1455 600 105 6,04-10"?
Хромоникелевая сталь 1425 520 91
Цинк 420 440 77 1,23- 10-®
Уран 1130 378 66 1,28-10-“
Титан 1672 315 55 9,42-10-?
Цирконий 1859 296 52 1,85-10-«
Примечание. Скорость испарения дана в сантиметрах в секунду,
так как константа испарения делится на объемную массу металла.
Электроны, тормозящиеся поверхностью материала, проникают
в него на некоторую глубину. Толщина слоя вещества, в котором элек-
трон полностью теряет скорость, называется пробегом электрона.
U2
бэл = 2,1. • Ю-i*-р-,
Г
где, р — плотность вещества, г/см3.
В табл. 1 приведены значения глубины проникновения электрона
в различные металлы.
Теплота, выделяющаяся при торможении электронного луча,
в зависимости от его мощности, нагревает, плавит или испаряет
металл.
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
187
Рис. 2. Зависимость глуби-
ны И, диаметра участка d
проплавления и их отноше-
ния h/d для различных мате-
риалов от произведения
Л
Рис. 3. Схема электронной
пушки с электростатической
и электромагнитной фокуси-
ровкой:
1 — электронный луч; 2 —
щелевой фокусирующий
электромагнит; 3, 4 — сфе-
ры ускоряющего напряже-
ния; 5-—накаливаемый катод
Рис. 4. Электронно-оптические системы
сварочных пушек:
а — однокаскадная без ускоряющего элект-
трода; б — однокаскадная с ускоряющим
электродом (анодом); в — комбинирован-
ная с электростатической и электромагнит-
ной фокусировками;
/ — катод; 2 — прикатодный электрод;
3 — траектории крайних электронов пуч-
ка; 4 — свариваемое изделие; 5 — ускоря-
ющий электрод (анод); 6 — кроссовер; 7 —
фокусирующая магнитная линза; 8 — си-
стема отклонения пучка; 9 — фокальное
пятно; а0 — половинный угол расхождения
пучка; otj — половинный угол сходимости
пучка на изделии
Для проведения технологических операций ЭЛО необходима удель-
ная мощность луча (Вт/см2) для образования расплавленной ванны
диаметром ds, равным толщине металла
1ГУД = 3,47ХТПЛ-----1-г-
ds ig 4-
а0
188 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
3. Обобщенные технические характеристики установок для ЭЛО (сварки,
размерной обработки)
Тип ^уск» кВ Плот- ность мощности в фокусе, Вт/см2 Диаметр луча, мм Выход- ная мощ- ность, кВт !„*' мА
Низковольтные 6—30 10s— 10ь 2-50 10—300 *2 100—500
Средневольтные 15 — 30 50 — 70 о о 7 7 « О О О и более 0,5-1,0 0,025 — и более До 6,0 1,0 (большие толщины) 0,1—0,5 (фольга) 10-100
Высоковольтные 100 — 150 10’-10» 0,0127 0,00025 До 3,0 (средние толщины)
Прямой зависимости между /л и толщиной свариваемых деталей нет.
*2 На одну электронную пушку.
4. Технические характеристики установок для электронно-лучевой сварки
Параметр А306.05 А306.12 А306.13
Ускоряющее напряжение, кВ 25 20 ♦’ 25 *1
Ток электронного луча, мА, при режиме: непрерывном 0—200 0—100 0—200
импульсном 0—200 0—100 0—200
Частота модуляции тока луча, 7; 10; 15; 5; 10; 15; 20; 5; 10; 15;
Гц 25; 50; 100 30; 50 и 100 20; 30; 50 и
Длительность импульсов, мс и 200 1; 2; 5; 10; 25 и 50 2; 5; 10; 15; 100 2; 5; 10; 15;
25; 50 и 100 .25; 50 и 100
Ток при наводке на кромку — 3-5 3-5
шва, мА Управляющее напряжение, кВ 0-3 0—2,5 0—2,8
Диаметр фокального пятна на 0,5 0,4 0,5
свариваемых деталях, мм Оптимальное расстояние от ниж- 80-110 80-120 80-110
него торца пушки до плоскости свариваемого шва, мм Размеры рабочей камеры (вну- 500X 500X 300 X-300 X 500Х 500Х
тренние), мм X 500 Х300 X 500
Длительность откачки до рабо- 12 12 10-12
чего давления в мин Габаритные размеры установ- 1450Х 1600Х 1500Х 1600Х 1890Х 1950Х
ки, мм X 1830 ’ XI850 X 2000
Масса, кг 1500 1200 2000
Стабилизированное.
Примечания: 1. Ток луча регулируют с помощью управляющего
электрода. 2. Потребляемая мощность до 13 кВ«А. 3. Рабочее давление в ка-
мере 0,0026—0,0065 Па.
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
189
где X — теплопроводность металла, Вт/(см2 °C); ТПл — температура
плавления; d„ — диаметр участка, на краях которого температура
То — О °C остается неизменной.
В табл. 2 приведены расчетные зна-
чения W'yn для условий: ds = 2 мм;
d0 == 10ds; Тг = ds (h— глубина пропла-
вления участка).
Основным параметром, определяю-
щим размеры участка, расплавляемого
электронным лучом при постоянней мощ-
ности, явля'ется произведение теплопро-
водности X на температуру плавления.
На рис. 2 показана зависимость глу-
бины h, диаметра d участка проплавления
Рис. 5. Разрез электронно-лучевой пушки для
размерной обработки материалов:
1 — излучатель электронов; 2 — фокусирую-
щая система; 3 — рабочий стол с заготовкой;
4 — микроскоп; 5 — длиннофокусная магнит-
ная линза; 6 — корректирующие катушки;
7 — вырезающие диафрагмы; 8 — короткофо-
кусная магнитная линза; 9 — анод; 10 — уп-
равляющий электрод; 11 — катод
5. Технические характеристики электронно-лучевых сварочных пушек
Класс Модель пушки Ускоряющее на- пряжение, кВ Максимальный ток в пучке, мА Диаметр пучка на изделии при максимальной мощности, мм Удельная мощ- ность. кВт/мм2 Модуляция пучка Отклонение пучка Катод
Низко- вольтные ЭП-25 А.852.04 У-3 У-146 (СП-30) У-250А 20 150 60 200 0,6-0,8 0,8 —1,5 0,6 —0,8 1,0—1,2 1,2 —1,3 0,8—1.0 10 3 Есть Нет Есть Нет Из гекса- борида лантана
25 Метал - лический прямона- кальный
10 Из гекса- борида лантана
500 Воз- можна
5 10
Есть
30 450 Есть
G проме- жуточным ускоря- ющим напря- жением ЭП-60 60 35 0,6 —0,7 5-7 Нет Есть Металли- ческий прямона- кальный
Высоко- вольтные ВЭИ 100 100 15 50 0,1 0,5—1,0 150 Есть Воз- можна
Her
Примечание. Фокусировка комбинированная.
190 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 6. Конструкция рабочей камеры установки для размерной обработки
электронным лучом:
1 — катодный блок излучателя, смонтированный на изоляторе с кабельным
вводом; 2—-анодная диафрагма; 3,8 — магнитные линзы; 4 — стигматор для
электрической юстировки луча; 5 — винт механической юстировки луча;
6 — оптический микроскоп; 7 — зеркало; 9 — координатный стол; 10 — па-
трубок откачки рабочей камеры; 11 — патрубок откачки камеры излучателя
и их отношения hid для различных материалов от произведения ХТПЛ
при неизменных параметрах луча (/л = 300 мА; (7уСк = 21 кВ;
упл = 30 м/с; 1ГуД = 5 кВт/мм2).
Технические характеристики установок для ЭЛО приведены
в табл. 3 и 4.
Основным узлом установок для ЭЛО является устройство, созда-
ющее поток электронов и формирующее их в электронный луч заданной
геометрии — электронная пушка. Электронные пушки обычно со-
стоят из катодного узла с накаливаемым катодом из тугоплавкого
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
191
Рис. 7. Схема электронно-лучевой сварочной установки с анодным напряже-
нием до 50 кВ:
А — сварочная камера; Б — электронно-оптическая система; В — система
высоковакуумной откачки; 1 — электронная пушка; 2 — разделительная
диафрагма; 3 — оптическое устройство для наблюдения за сваркой; 4 —
фокусирующая магнитная линза; 5 — откло-
няющая система; 6 — защитная диафрагма;
7 — сварочный стол; 8 — форвакуумный на-
сос; 9 — вентиль впуска воздуха в камеру;
10 — диффузионные насосы; 11 — вентиль
камеры излучателя; 12 — катодная головка;
13 — защитный экран; 14 — высоковольт-
ный кабель
Рис. 8. Зоны плавления металла при стыковой
сварке А2 электронным лучом, проникающим
через заготовку, и при поверхностном нагреве
(материал—коррозионно-стойкая сталь,
толщина 15 мм; At — 335 мм2; А2 = 15 мм2)
металла, излучающим (эмитирующим) электроны; прожектора с упра-
вляющим и ускоряющим электродами; фокусирующей и отклоняющей
систем. Конструкции пушек разнообразны. Различают две основные
разновидности: пушки с однокаскадной электростатической фокуси-
ровкой и пушки с комбинированной фокусировкой. В первых фоку-
сировка производится прожектором, во вторых — дополнительно
с помощью электромагнитной фокусирующей системы. Технические
характеристики пушек даны в табл. 5.
192 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 9. Зависимости, характеризующие элект-
ронно-лучевую сварку циркониевого сплава:
а — глубина провара — сила тока и уско-
ряющее напряжение (исв = 380 мм/мин);
б — отношение глубины к ширине зоны про-
плавления — сила тока (иСв = 380 мм/мин);
в — глубина провара — режимы свар-
ки (/ — t>CB » 254 мм/мин; 2 — иСв =
= 609 мм/мин; 3 — иСв = 672 мм/мин); г —»
глубина провара — мощность электронного
луча (исв = 380 мм/мин)
Рис. 10. Зависимость глубины проплавления h
детали из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н9Т
от силы тока /л луча и ускоряющего напря^
жения t/yGK при скорости сварки 1,2 см/с
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
193
Рис. 11. Зависимость глубины зоны проплав пения h от тока электронной
эмиссии (а), ускоряющего напряжения (5), фокусного расстояния магнитной
линзы (в) и скорости сварки (г):
1 — область теплоустойчивых сталей 5ХМ (О)» 12ХМ (®), 15ХМ (Д),
20ХМ (А); 2 — область углеродистых сталей СтЗ (□), Ст4сп (®)
6. -Эффективность ЭЛО по сравнению с обработкой резанием
Операция Повышение качества Иначе труд- но выполни- мо Сокращение расхода ин- струментов Возмож- ность авто- матизации Оборудование
Вырезка элементов из полу- проводниковых материалов + + + +
Прошивание микроотверстий в прецизионных деталях + + + + Элуро-П и др
Размерная обработка лег- коокисляющихся на воз- духе металлов Разрезание труднообраба- тываемых материалов + + + +
+ + + + Элуро-П
Сварка и пайка различ- ных материалов, в том чи- сле неметаллических, туго- плавких различных толщин и габаритов + + + + Элу-1, Эли-2, У-86, Элуро-П, Элу-МС и др.
7 Попилов Л. Я.
194 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 12. Зависимость коэффициента формы проплавления (шва) Кф (отношен
ние глубины зоны к средней ширине поперечного сечения) от тока электрон-*
ной эмиссии (а), ускоряющего напряжения (6), фокусного расстояния магнит-
ной линзы (в) и скорости сварки (г):
1 — область теплоустойчивых сталей 5ХМ (О)» 12ХА (>), 15ХМ (Д),
20ХМ (Д); 2 — область углеродистых сталей СтЗсп (□), Ст4сп ()
На рис. 3—7 показаны принципиальные схемы и конструкции элек-
тронных пушек.
Технологические направления применения ЭЛО разнообразны
и в значительной мере определяются энергетическими характеристи-
ками электронного луча. На рис. 8 показана схема;плавления металла
при стыковой сварке, а на рис. 9—12 приведены зависимости, харак-
теризующие отдельные области применения ЭЛО. О преимуществах
метода ЭЛО по сравнению с обработкой резанием можно судить
по табл. 6.
ТАРИФНО-КВАЛИФИКАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
СВАРЩИКОВ НА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫХ УСТАНОВКАХ
ПО ЕТКС
3-й разряд
Характеристика работ. Сварка простых деталей из однородных
металлов и их сплавов, не подвергающихся испытаниям. Участие
в наладке сварочных установок и машин. Подбор режимов и самостоя-
тельная подналадка их в процессе работы. Обслуживание вакуумной
системы, вакуумных насосов и агрегатов. Наблюдение за откачкой и
контроль работы вакуумной системы по контрольно-измерительным
ЭЛЕКТРОЙНО-ЛУЧЕВАЯ ОБРАБОТКА
195
приборам. Обслуживание питающих устройств высокого напряжения
сварочных установок.
। Должен знать: принцип работы обслуживаемых установок; основ-
ное назначение схемы; включение и выключение электронно-лучевых
установок; элементарные сведения по электротехнике; правила управле-
ния механизмами перемещения изделий, питанием током электрома-
гнитной пушки и электромагнитных линз; процесс откачки и необхо-
димую степень вакуума; правила работы с высоковольтным оборудова-
нием и источниками питания его; основные свойства свариваемых
материалов; виды сварных соединений и швов.
4-й разряд
Характеристика работ. Сварка узлов и деталей средней сложности
из легированных сталей, цветных металлов и сплавов продольными
и кольцевыми швами в вертикальных и горизонтальных плоскостях.
Сварка в вакууме электронным лучом стыковых швов узлов и деталей.
Сварка узлов, испытываемых на вакуумную плотность. Наладка сва-
рочных установок и установление режима сварки в зависимости от
марки и толщины свариваемых металлов, а также от типа соединений.
Обслуживание откачного оборудования, выгрузка свариваемых изде-
лий из камер. Смена внутреннего барабана с горизонтальной и верти-
кальной осью вращения или замена суппорта.
Должен знать: устройство сварочных установок, правила их на-
ладки и регулирования; основные положения по эксплуатации высоко-
вакуумной техники; общие сведения об электрической и кинематиче-
ской схемах сварочных установок; требования, предъявляемые к свар-
ным швам; способы контроля сварных швов; режимы сварки и подбор
режимов; причины возникновения внутренних напряжений и деформа-
ций в свариваемых изделиях и меры их предупреждения; устройство
и правила обслуживания вакуумных систем; назначение и применение
основных контрольно-измерительных приборов; назначение и режим
откачки.
5-й разряд
Характеристика работ. Сварка ответственных деталей и узлов
из химически активных и цветных металлов и сплавов в различных
положениях. Сварка электронным лучом в вакууме. Сварка изделий,
работающих под давлением. Сварка вакуумно-плотных соединений
при степени разрежения 0,00001 Па и менее. Сварка металлов и спла-
вов в различных сочетаниях при толщине 0,8—1,0 мм. Обслуживание
многопозиционного оборудования при работе без наладчиков. Обслу-
живание установки с дифференциальной откачкой рабочей камеры и
электронно-лучевой пушки. Непрерывный контроль за работой отдель-
ных узлов оборудования, режимами откачки, системой охлаждения
и контрольно-измерительной аппаратурой.
Должен знать: основные законы электротехники в пределах вы-
полняемой работы; основные особенности и правила управления раз-
личными электронно-лучевыми сварочными установками; общие све-
дения по металловедению и вопросам свариваемости металлов; устрой-
ство контрольно-измерительных приборов для контроля режимов
откачки, сварки и т. д.; способы регулирования режимов; способы
испытания сварных швов; ГОСТы на сварные соединения.
6-й разряд
Характеристика работ. Сварка электронным лучом в вакууме
особо ответственных и дорогостоящих узлов и деталей из спецсплавов.
7*
196 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ТЕПЛОВОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Сварка особо сложных узлов и деталей, сварка изделий с ограничен-
ной степенью нагрева.
Сварка малогабаритных и миниатюрных изделий. Сварка изделий,
предназначенных для работы с ударной и вибрационной нагрузками.
Обслуживание сложных высоковакуумных систем с автоматическим
управлением или непрерывным циклом производства. Сварка металлов
и сплавов в различных сочетаниях при толщине детали до 0,8 мм.
Непрерывный контроль процесса откачки по показаниям приборов и
управление процессом сварки. Получение оптимальной геометрии
электронной пушки и ее изменение с целью увеличения или умень-
шения тока пучка при низких ускоряющих напряжениях.
Должен знать: электрические4и кинематические схемы управления
электронно-лучевых установок; конструкцию обслуживаемых устано-
вок; влияние изменения отдельных элементов геометрии электронно-
лучевой пушки на электрические параметры; механические и техноло-
гические свойства свариваемых металлов; самостоятельный выбор наи-
выгоднейших режимов сварки; устройство и назначение откачных
систем с особо сложными схемами; режимы и правила откачки сложных
систем; назначение каждого этапа технологического процесса откачки
и последовательность их; основы вакуумной техники и электроники
в пределах выполняемой работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Башенко В. В. Электронно-лучевые установки. Л.: Машино-
строение, 1972. 168 с.
2. Вашкелис В. П. Тепломассообмен при размерной электронно-
лучевой обработке карбида кремния.— В кн.: Электронная технология
в микроэлектронике и приборостроении: Материалы семинара. Л.:
ЛДНТП, 1978, с. 22—26.
3. Попилов Л. Я. Электронно-лучевая обработка. — В кн.:
Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки
материалов. Л.: Машиностроение, 1971, с. 394—412.
4. Рыкалин Н. Н., Зуев И. В., Углов А. А. Основы электронно-
лучевой обработки материалов. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.
5. Электронная технология в микроэлектронике и приборострое-
нии: Материалы семинара. Л.: ЛДНТП, 1978. 65 с.
6. Электронно-лучевая обработка. — В кн.: Новое в электро-
физической и электрохимической обработке материалов. Л.: Машино-
строение, 1972, с. 308—331.
7. Электронно-лучевая технология. М.: ЦНИИТЭИприборострое-
ния, 1970. 83 с.
8. Электронно-лучевая обработка материалов. — В кн.: Основы
электротехнологии и новые ее разновидности. Л.: Машиностроение,
1971, с. 141—177.
МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИМПУЛЬСНОМ
МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Методы обработки, сгруппированные в настоящем разделе, по
природе и механизму осуществления несколько выпадают из общего
определения ЭФХКО как обработки, осуществляемой при непосред-
ственном вводе электрической энергии в рабочую зону. Однако тра-
диционно и не без оснований их причисляют к ЭФХКО как в силу
необычного характера использования электрической энергии для
совершения работы, так и вследствие технологической специфики этой
работы.
ЛАетоды, входящие в рассматриваемую группу, различны по физи-
ческой природе явлений, обусловливающих их проведение. Соответ-
ственно существенно различны и направления использования их для
технологических целей (см. гл. 12—14). Общим отличительным при-
знаком, определяющим их техническую прогрессивность и перспек-
тивность, является импульсный характер силовых воздействий, оказы-
ваемых на обрабатываемые объекты при использовании этих методов.
Это позволяет эффективно решать сложные технологические задачи,
трудно разрешимые обычными методами обработки резанием.
Большинство методов этой группы не обладает универсальностью
применения, а имеет преимущественные области оптимального исполь-
зования, однако они существенно дополняют и расширяют арсенал
технологических возможностей производства.
Глава 11
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ
В отличие от ряда других групп методов ЭФХКО, например ЭХО
и ЭЭО, в основе которых, несмотря на специфику оформления и исполь-
зования, лежат общие физические и физико-химические законы и явле-
ния, данная группа методов лишена объединяющего их единого меха-
низма процесса. Однако, как отмечалось ранее, их объединяет импульс-
ный характер воздействия на обрабатываемые объекты. Соответственно
при практической их реализации учитываются и используются законо-
мерности проявления и протекания импульсных механических про-
цессов и особенности поведения различных материалов при импульс-
ном механическом воздействии на них, которое по результатам суще-
ственно отличается от воздействия статических усилий и давлений.
Вместе с тем значительная сложность и разнообразие явлений, сопут-
ствующих импульсным воздействиям на материал, существенно затруд-
198 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
1. Зависимость между средним модулем упругости Е и температурой Тпл
плавления материала
Материал Е- 10-’, МПа ^пл ’ °C Материал Е- 10-\ МПа Т’пл» °C
Карбид титана 315 3100 Каменная соль 36 801'
Вольфрам 400 2996 Алюминий 70 660
Карбид кремния 355 2800 Магний 41 650
Периклаз 246 2800 Свинец 15 327
Корунд 372 2050 Полистирол 3 300
Железо 211 1539 Найлон 3 300
Медь 112 1083 Каучук 0,07 300
2. Анизотропия модуля упругости
Металл E-Ю-3, МПа Металл Е- IO"3, МПа
Максимальное значение по на- правлению [111] Минимальное значение по на- правлению [100] При хаотичной ориентировке монокристаллов Максимальное значение по на- правлению [111] Минимальное значение по на- правлению [100] При хаотичной ориентировке монокристаллов
Свинец Алюминий Золото 28 77 112 7 63 42 14 70 84 Медь Железо Вольфрам 196 287 400 70 133 400 112 210 400
3* Коэффициент Пуассона v для различных материалов
Материал V Материал V Материал V
Свинец Алюминий Медь 0,4 0,34 0,35 Железо Вольфрам Стекло 0,28 0,27 0,25 Полиэтилен Полиизопрен 0,4 0,49
няют теоретическое обобщение наблюдаемых экспериментально явле-
ний, что в сочетании с относительной новизной этих методов не позво-
ляет считать их достаточно изученными.
В табл. 1—3 приведены данные, относящиеся к основам рассма-
триваемой группы методов.
Глава 12
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
Ультразвуковой обработкой (УЗО) принято называть большую
группу технологических процессов и операций, разнообразных по
назначению и осуществляемых различными способами, но обязательно
в присутствии механических упругих колебаний с частотой выше ча-
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
199
Рис. 1. Схема ультразвукового ге-
нератора:
1, 2, 3 — ячейки; 4 — блок ча-
стоты; 5 — блок автоматической
подстройки частоты
стоты слышимых звуков (уль-
тразвуковых). В одних процес-
сах ультразвуковые колебания
непосредственно используются
для передачи в зону обработки
необходимого количества энер-
гии (например, при размерной
ультразвуковой обработке твер-
дых материалов), в других —
как средство интенсификации
процессов, протекающих неза-
висимо (например, интенсифи-
кация электрохимических или
химических процессов осажде-
ния металлов).
Из многочисленных возмож-
ных или осуществленных тех-
нологических операций с при-
менением ультразвука в про-
мышленности пока используют
лишь некоторые (интенсифика-
ция очистки поверхности, ин-
тенсификация химических и электрохимических процессов, размер-
ная обработка твердых и хрупких материалов, сварка металлических
и неметаллических материалов небольшой толщины, пайка и лужение
легкоокисляющихся металлов и неметаллических материалов и др.).
К преимуществам УЗО относят возможность получения акусти-
ческой энергии различными техническими приемами; исключительную
широту диапазона технологических применений ультразвука ют раз-
мерной обработки твердых и хрупких материалов до неразъемного
соединения (сварка, пайка и т. п.) деталей или интенсификации хими-
котехнологических и электрохимических процессов; сравнительную
несложность эксплуатации промышленных установок; возможность
автоматизации и механизации и др. Ее недостатками являются повы-
шенная стоимость акустической энергии по сравнению с другими
видами энергии; необходимость изготовления специальных установок
и аппаратов для генерации ультразвуковых колебаний, их передачи
и распределения. Схема и характеристики ультразвуковых гене-
раторов даны на рис. 1 и в табл. 1.
Добротность Q — количественная характеристика резонансных
свойств колебательных систем, указывающая, во сколько раз ампли-
туда вынужденных колебаний при резонансе превышает амплитуду
вынужденных колебаний на частоте много ниже резонансной при оди-
наковой амплитуде вынуждающей силы. Соответственно различают
добротность механическую QMex> добротность электрическую фэл,
добротность акустическую QaK.
Для колебательной системы длиной /, плотностью р, ско-
1. Технические характеристики ультразвуковых генераторов
Модель (марка) генератора Мощность, кВт Рабочая частота, кГц *2
потреб- ляемая из сети выход- ная ♦*
УЗГ-2.5М 5,5 3,7 18; 22
УЗГ-6 12,5 6,3
УЗГ-10 18 — 20 8—9,5 18; 24
УЗГ-10/22 (УЗГ-2-10) 19,5 10 20,5—23,5
УЗГ-5-1,6/22 4,2 1,6 22
УМ2-10 15,0 10,0 18; 22
УЗМ-10 15,5 15 — 30
УЗГ-4-0,1 0,15 0,1 18
УЗГ-8-0,1/22 0,28 18 22
Типы подклю- чаемых пре- образователей Напря- жение сети пи- тания, В Габаритные размеры, мм Масса, кг
ПМС-6М ПМС-7 220/380 775Х600Х 1510 420
ПМС-6М; ПМС-15А-18 790Х 725X 1715 400
ПМС-6М 840Х 840X2020 800
ПМС-6А; ПМС-7А; ПМС-15А-18 780Х885Х 1850 630
*— 650 X 540 X 1265 260
ПМ-1-1.5Д; ПМС-6М 1170Х940Х 1850 —
ПМ-1,6 1240Х990Х 1210 —
ПП1-01 220 370X380X230 22
200 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Продолжение табл. 1
Модель (марка) генератора Мощность, кВт Рабочая частота, кГц *2 Типы подклю- чаемых пре- образователей Напря- жение сети питания, В Габаритные размеры, мм Масса, кг
потреб- ляемая из сети выход- ная *1
УЗГ-1-0,25 0,4 0,25 18 ПП1-01 . - 220 370 X 380 X 230 22
УЗГ-З-0,4 1,1 0,4 18; 22; 44 630Х387Х 326 60
УЗГ-2-0,63 1,0 0,63 18 220/380 — —
УЗГ-5-0,63 1,2 18; 22 380 — —
УЗГ-10-1,6 2,0 1,6 18 — —
УЗГ-1-4 7,5 4,5 17,5—19,3; 20,5 — 23,5 ПМО-6-22; ПМС-15А-18 720Х 580Х 1350 300
УЗГ-2-4М 6,4 18; 22 ПМС-6-22; ПМС-15А-18; ПМС-2,5-18 720Х580Х 1350 250
УЗГ-2-0,4/22 0,75 0,4 22 — — —
УЗТГ-1,25/22 2,0 1,25 370
*1 По ГОСТ 9865 — 76 для ультразвуковых генераторов установлен ряд номинальных мощностей, кВт: 0,04; 0,10; 0,25;
0,4; 0,63; 1,00; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 с регулировкой выходной мощности от 10 до 100% или от 50 до 100% номинальной.
*2 По ГОСТ 13952—77 «Генераторы ламповые ультразвуковые» и ГОСТ 16165—70 «Генераторы транзисторные ультра-
звуковые» установлены следующие полосы частот, кГц: 18±1,35; 22=^1,65; 44^4,4; 66±6,6.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
ьо
2
202 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
2. Добротность материалов
Материал Q Материал Q Материал Q
Сталь: 45 8 000 Медь М2 Латунь Л59 6 300 13 000 Пьезокерамика ЦТБС-3 350
25ХНВА Титановый сплав: ВТ1 ВТЗ-1 ВТ4 6 300 22 000 21 000 16 000 Сплав АМг Пьезокварц 10 000 20 000 Никель Пермендюр Феррит 100 150 350
ростью звука сзв и нагруженной с одного конца активным
удельным механическим сопротивлением RM <с рсзВ добротность
Q = pc3Bkl/2RM = pcoZ/2/?M,
где k — волновое число звука (k = 1/Х).
В зависимости от назначения колебательной системы целесооб-
разно получать либо высокое, либо низкое значение Q (табл. 2). Так,
например, у излучателей, озвучивающих жидкость (очистка и т. п.),
желательна низкая добротность (Q = Ю-т-20). Для получения боль-
ших амплитуд рабочего торца концентраторов применяют материалы
с высокой добротностью (100—1000) и т. д. Значения Q для некоторых
материалов (при f = 20 кГц) приведены ниже.
Магнитострикция — деформирование тел при изменении их ма-
гнитного состояния, в частности изменение линейных размеров (удли-
нение, укорочение) некоторых материалов при помещении их в ма-
гнитное поле. Термин «магнитострикция» применяют также для обо-
значения магнитострикционной деформации X = AZ/Z, где I — началь-
ный размер образца, Д/ — изменение его длины при наложении магнит-
ного поля. Основные показатели магнитных и физических свойств
магнитострикционных материалов приведены в табл. 3, 4.
Различают продольную, поперечную и объемную магнитострикции,
которые у разных веществ могут иметь как положительный, так и от-
рицательный знак и существенно отличаться по величине.
В ультразвуковой технике для превращения электрических коле-
баний в механические широко используют так называемые магнито-
стрикционные преобразователи.
Магнитострикционный преобразователь — устройство, основанное
на использовании прямого магнитострикционного эффекта и служащее
для превращения электрической энергии, подводимой в форме пере-
менного тока некоторой частоты в механическую в форме упругих
механических колебаний той же частоты. Основные узлы — сердечник
из магнитострикционного материала и нанесенная на него обмотка, по
которой протекает ток (рис. 2, 3, табл. 5, 6). Для изготовления преоб-
разователей используют также пьезокерамику (табл. 7, 8).
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
203
Рис. 2. Магнитострикционный преобразователь типа ПМС:
1 — бачок для охлаждения; 2 — двигатель пакетного типа; 3 — обмотка;
4 — накладка; 5 — диафрагма; 6 — резиновое уплотнение; 7 — выходной
штуцер; 8 — входной штуцер; 9 — вывод провода; 10 — гайка заземления;
11 — резиновая подушка; 12 — бандаж
Рис. 3.. Преобразователи для обработки наружных (а, б) и внутренних (в) по-
верхностей, эпюра распределения колебаний (г) и варианты крепления брусков
(д-^ж)
204 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
3. Основные показатели магнитных свойств магнитострикционных материалов
Материал Химический состав А о 02. Ы Нопт-10=, А/м Н 3 £ о с
Никель НП2Т Ni> 98% 35 60 1—2 2,3 •
Сплав Ni —Со 4% Со, остальное Ni — 55 2 2,7
Сплав Ni — Со — Сг 2,3% Сг, 1,4 Со, остальное Ni — — 2,5 2,9
Сплав: никоей пермендюр 49КФ 4% Со, 2% Si, остальное Ni 49% Со, 2% Si, остальное Ni 210 200 400 0,4 —0,6 1,8 2,2
65 К 65% Со, остальное Fe 70 500 1 — 1,7 1,5
альфер 14Ю 14% Al, остальное Fe НО 60 0,3 —0,6 1,15
альфер 1210 12,4% Al, остальное Fe 30 30 0,3 —0,6 0,85
Феррит: 21СГ1А Феррит Ni 16 30 1 — 1,7 2,4
ВИБРОКС I 12 — —
ВИБРОКС II 22 0,8—1,2 -
Ферро кс куб: Феррит Ni —Си—Со 20 — 30 — 1 — 1,7 1,9-2,2
7А2 15 — 22 — 0,8—1,2 1,9 —2,1
7В — — 2 — 4 —
Обозначения: ц — относительная магнитная проницаемость; tjj р —-
магнитострикционная постоянная; К — коэффициент магнитомеханической связи;
цитивная сила; В& — индукция насыщения; — магнитострикция насыщения;
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
205
А- 10% Тм2/Н СУ W/V ‘г-01 1 ‘01 / »01Л% МПа
0,26 — 0,3 4,2 750 1,7 6,1 — 37 36
0,43 — 0,5 — — — 7,0 — 36 41
0,37 — —k — 4,8 — 33 26
0,49 28 — 0,17 — 0,25 6,2 ( — 25) - (—27) 35
0,48—0,54 27 600 1,4 24,0 4-70 98
0,27-0,30 7 1,0 22,0 4-90 98
0,26 15 300 0,25 12,0 .4-40 50
0,30 20 400 0,1 16,0 4-40 60
0,21 2,8 2000 2,7 3,2 — 26 59
0,27 — — — — -30 •-Э
0,22 — — — — — 30 55
0,25—0,32 3,2 —4,9 2000 1,7 —3,3 — 28 53
0,20—0,26 2,3 —3,4 2500 1,2 —2,5 3,2
0,19—*0,22- — '— — — 27 59
тангенс магнитных потерь; НопТ — оптимальное поле подмагничивания; а
А — постоянная чувствительности; Q — механическая добротность; — коэр-
KgE ’ — предел магнитострикционного напряжения.
206 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
4. Основные показатели физических свойств магнитострикционных
материалов
Материал Химический состав р- ю-«, кг/м3 Е-10-3, МПа о Рэл’10?’ Ом« м 0-1, ов* 0Т.
МПа
Никель НП2Т Ni> 98% 0,7 360 100
Сплав: Ni —Со 4% Со, остальное Ni 8,9 215 4,9 1,0 100 •—
Ni —Со—Сг никоей 2,3% Сг, 1,4% Со, остальное Ni 4% Со, 2% Si, остальное Ni 8,8 225 190 5,0 4,8 3,0 1,8 420 -^1 85
пермендюр 49КФ 65К 49% Со, 2% Si, остальное Ni 65% Со, остальное Fe 8,2 205 5,2 3,4 0,8 110 500 670 350 450
альфер 1410 14% Al, остальное Fe 6,6 163 5,0 12 — 750 550
альфер 12Ю 12,4% Al, остальное Fe 6,7 158 4,8 16 30 800 600
Феррит: 21СПА Феррит Ni 5,2 179 5,9 1 20—25 60—80 —
ВИБРОКС I 5,1 — 5,4 5 15 40 —
ВИБРОКС II — 4 — — —
Ферро кс куб: Феррит Ni —Си —Со 5,2 170 5,6 1 10
7А2 175 5,7 1 50
7В 4,8— 4,9 — — 100 — — —
Обозначения: р — плотность; Е — модуль продольной упру*
гости; с — скорость звука; рдл — удельное электрическое сопротивление;
— усталостная динамическая прочность; ов — предел прочности; от —
предел текучести
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
207
5« Технические характеристики магнитострикционных преобразователей
промышленного выпуска
Тип Частота, кГц Потребля- емая мощ- ность, кВт Ток возбу- ждения, А Ток подма- гничивания, А Габаритные размеры, мм Масса, кг
ПМС-6-22 22 2,5 10 22 300Х300Х X 191 11
ПМС-15А-18 18 4,5 20 15 0175X360 12
ПМС-2,5-18 18 2,5 10 14 320Х304Х X 191 15
Примечание. Напряжение 360 В. Расход’ воды 3 л/мин.
6. Акустическая мощность в рабочем объеме и интенсивность ультразвука
для преобразователей при изменении статического давления
Тип Давление, МПа Акусти- ческая мощность Интенсивность, Вт/см2 Тип Давление, МПа Акусти- ческая мощность Интенсивность, Вт/см2
отдаваемая в нагрузку, Вт удельная, Вт/см3 отдаваемая в нагрузку, Вт удельная, Вт/см3
ПМС-15А-18 0,1 600 0,7 6,8 ЦМС-18 0,5 1492 3,74 5,9
0,2 750 0,87 8,2 0,6 1300 3,25 5,1
0,3 800 0,93 8,7 0,7 1050 2,62 4,1
0,4 1250 1,45 13,6 ЦМС-8 0,1 1900 0,475 1,75
0,5 1150 1,34 11,5 0,2 2200 0,55 2,04
0,6 950 1,1 10,5 0,3 2560 0,64 2,37
0,7 850 0,99 9,3 0,4 2320 0,58 2,15
ЦМС-18 0,1 970 2,43 3,8 0,5 2140 0,535 1,97
0,2 1094 2,73 4,3 0,6 1800 0,45 1,67
0,3 1200 3,03 4,7 0,7 1400 0,35 1,31
0,4 1580 3,96 6,2
7. Физико-механические параметры пьезокерамики
Марка мате- риала Модуль Юнга y“-10-n, Па Механическая до* бротность QM, не менее Скорость звука ^зв’Ю'3# м/о
ТБ-1 0,90—1,1 t 100 4,1—4,6
ТБК-3 1,09 — 1,30 300 4,5—5,0
ТБ КС 1,00—1,25 350 4,4 —5,0
ЦТС-19 0,55 — 0,85 50 3,0—3,6
ЦТС-21 0,85 — 0,95 100 3,5 —3,8
ЦТС-22 0,85 — 1,0 400 3,6—4,0
ЦТС-23 0,65 — 0,85 200 3,0—3,35
ЦТС-24
ЦТБС-1 0,65—0,75 30 3,2
ЦТБС-3 — — 3,2 —3,5
ЦТСНБ-1 — — 2,6 —2,9
ЦТССТ-1 0,70-0,90 500 3,5
НБС-1 0,70 — 0,95 150 3,6—4,3
НБС-3 0,60—1,450 300 3,7 —4,2
PZT-5H — 2,5—2,8
PZT-8 — — 3,1—3,4
Предел механической прочности, МПа, не менее Объемная масса р* 10~3, кг/м3, не ме- нее Водопоглощен ие,- %, не более Коэффициент Пуассона
При статиче- ском изгибе При стати- ческом рас- тяжении При сжатии
58,8—78,40 24,50 . 294 5,30
53,90 31,85 245
— — 5,20 0,2 —
— — 294
107,0 31,40 7,00 — 0,33
96,50 30,0 0,2 0,41
83,30 18,60 343 7,40 0,09
70,0 19,00 350 7,10 0,15 —
— 19,60 — 7,2 — —
.— — — 7,3 »— —>
* 70,0 19,00 350 7,30 0,15 —
61,25 29,40 196 5,60 0,20 —
*—• — — 5,50 0,10 —
69,4 7,5
— — — 7,6 — —
208 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
8. Электрические и электромеханические параметры пьезокерамики
Марка материала Диэлектри- ческая про- ницаемость £, Ф/м Тангенс угла диэлектри- ческих потерь tg 6, не более Температура Кюри 0, °C, не менее Коэффициент электроме- ханической связи Ар, не менее Пьезоэлек- трические модули 10*2, Кл/Н, не менее Относитель- ное отклоне- ние частоты в интервале температуры, %, не более Излучение, Кл2/м4 Удельное объемное сопро- тивление ру, Ом/м, при (100 + 5) °C,- не менее Электрическая прочность £Пр, кВ/мм, не менее
в слабых полях (при U 25 кВ/м) при U = = 300 кВ/м 43 От — 10 до + 50 °C От -—60 до + 85 °C со ^СО СО
ТБ-1 1500+300 110 0,20 4 5 100 12,0 14,50 1- 10е 3,0
ТБК-3 1200+200 0,020 0,040 95 | 1 0,20 | | 43,3 | 83,3 | 1 - 1 1 - 1 - ' 1 - 1 1,1 о7
ТБ КС 450+50 0,050 | 1 150 1 0,17 | I 20,0 | | 50,0 | | 0,60 | 1 1,450 | 1 ~ 1 - 1,108 I 3,0
ЦТС-19 1725 + 325 | 0,035 | 1 - 290 | | 0,40 | | 100,0 | 200,0 | | 0,90 I | 2,175 | | 49 | 144
ЦТС-21 550=t150 0,025 — 400 0,20 26,6 66,6 1,20 2,900 1 5,8 36 1-10° 1 4,0
ЦТС-22 800±200 — 320 0,20 50,0 100,0 0,18 0,435 1 — 1-Ю7
ЦТС-23 ЦТС-24 1075+225 0,0075 0,040 275 270 0,43 0,45 100,0 200,0 — — 31 49 100 144 5- 108 1- 108 3,0
ЦТБС-1 3200—400 0,050 0,200 250 0,50 220,0 470,0 — — 50 202 —
ЦТБС-3 2400+400 0,012 0,035 180 0,45 100,0 400,0 — — 170 488 — —
ЦТСНБ-1 2200 0,019 0,09 250 0,34 — — — — — —
ЦТССТ-1 1150+150 0,005 0,01 260 0,43 75,0 180,0 — — — 5- 10е —
НБС-1 1600+300 0,020 0,120 245 0,28 66.6 166,5 1,20 4,35 — — 1-10» 3,5
НБС-3 1800±400 0,025 — 250 0,20 40,0 100,0 0,60 1,45 — — 1-Ю8 4,5
PZT-5H 3400 0,020 0,03 190 0,39 — — — — — — —
PZT-8 1000 0,004 0,007 300 0,29
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
210 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ И ОПЕРАЦИЙ
Ультразвуковые колебания оказывают многообразное, в основном
интенсифицирующее воздействие на протекание ряда технологических
процессов, ведущим в которых является тепломассообмен.
На рис. 4 представлены процессы и операции, относящиеся к этой
группе.
Очистка поверхностей от загрязнений и мойка заключаются в уда-
лении с очищаемой поверхности всевозможных, непрочно сцепленных
с ней посторонних веществ (загрязнений), остающихся после прове-
дения предшествующих операций (например, после шлифования, ре-
зания или штамповки) либо попадающих из окружающей среды (пыль,
сажа и т. п.). При загрязнениях, более прочно покрывающих поверх-
ность и содержащих органические жиры или масла, процесс называют
обезжириванием. Сущность ультразвуковой мойки и очистки заклю-
чается в том, что под действием ультразвуковых колебаний достаточной
интенсивности, вводимых в моющую жидкость, возникают физические
явления, способствующие отрыву загрязняющих частиц (рис. 5) от
поверхности и уносу их моющей жидкостью (кавитация, акустические
течения, давление звукового излучения, звукокапиллярный эффект).
Характер протекания каждого из них и степень воздействия на эффект
очистки зависят от вида загрязнений, интенсивности ультразвуковых
колебаний, их частоты, физико-химических свойств жидкости (вязко-
сти, поверхностного натяжения, газонасыщаемости, химического со-
става), температуры среды, давления и других факторов.
В зависимости от характера и размеров очищаемых деталей и мас-
штабов операции ультразвуковую очистку проводят по-разному.
Наиболее часто операцию ведут в ваннах соответствующего объема
(от нескольких литров до сотен литров), заполненных моющей жидкостью
и озвучиваемых с помощью магнитострикционных (обычно в крупных
установках) или пьезокерамических (обычно в небольших установках)
преобразователей, укрепленных на днище или стенках ванны либо
погруженных в жидкость (рис. 6—11). Число преобразователей и их
мощность могут быть различными.
Применяют также конвейерные установки, переносные устройства
для погружения в полости и каналы и др.
Преимуществами ультразвуковой очистки являются значительное
ускорение проведения операции, достижение более высокого качества
очищенной поверхности, устранение вредного ручного труда, замена
дорогих токсичных растворителей дешевыми водными растворами
или водой.
Обезжиривание заключается в удалении с поверхности твердых
тел жировых, масляных, смоляных и других загрязнений совместным
физико-химическим воздействием обезжиривающей жидкой среды и
механическим действием вводимых ультразвуковых колебаний по опи-
санному выше механизму.
Если загрязнения растворяются в жидкости (органическом раство-
рителе), то акустическое во действие ускоряет растворение. Если
они не растворяются, то ультразвуковые колебания ускоряют эмуль-
гирование, а пульсирующие кавитационные пузырьки механически
отрывают загрязнения от поверхности.
Рис. 4. Химико-технологические процессы и операции
vxioavdao KvaoxxaevdiqiM
Процессы и операции, проводимые с использованием ультразвуковых колебаний
ИЗ
212 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 5. Виды
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
213
симости от предшествующих операции
загрязнений
214 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
L_____J
а) °) >). г)
О)
Рис. 6. Примеры расположения излучателей при очистке:
а — сверху; б — снизу; в — ввод излучателя в полость очистки; г ~ кон*
тактная очистка; д — сбоку
Рис. 7. Схемы установки допол-
нительных опор в ультразвуко-
вых очистных ваннах (а—в)'.
1 — корпус ванны; 2 —полка;
3 — сменная опора; 4—кассета;
5 — преобразователь
Ультразвуковая обработка
215
’ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ2.
1
И
ИИ
Схема намотки
Рис. 8. Головка для очистки
глубоких отверстий:
1 — волновод; 2 — прокладка;
3 — диафрагма; 4 — магнито-
стрикционные пакеты; 5 — ку-
рок-выключатель; 6 — уплотне-
ние; 7 — штуцер для подачи
моющей жидкости; 8 — корпус
Рис. 9. Схема ультразвуковой установки для очистки УЗФ-З:
1 — водяная рубашка; 2,6 — датчики контроля температуры; 3 — тепло-
обменник; 4 — датчик концентрации смеси растворителей; 5 — секция с ки-
пящим растворителем; 7 — водяная тепловая рубашка; 8 — электронагрева-»
тель; 9 — датчик контроля загрязнения растворителя; 10 — пьезокерамиче»-’-
ские излучатели; 11 — водоохлаждаемая рубашка; 12 — насос; 13 — фильтр;
14 водоотделитель; 15 ультразвуковая секция; 16 — разбрызгиватель
216 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА MEX АНИЧ ЕСКОМ ВОЗДЕПСТВИИ
Рис. 10. Схема ультразвуковой установ-
ки для очистки УОФ-2:
1 — пневмоцилиндр; 2 — шток; 3 —
траверса; 4 — вентиляционный насос;
5 — впускной клапан; 6,8 — выпуск-
ной клапан; 7 — всасывающий клапан;
9 — насос; 10 — фильтр; 11 — нагрева-
тели; 12 — ванна; 13, 19 — трубопро-
воды, 14 — холодильник; 15 — всасы-
вающий короб; 16 — теплообменник;
17 — кассеты с деталями; 18 — подъем-
ник
Ультразвуковое обезжирива-
ние проводят аналогично мойке
погружением на заданное время
детали с загрязненной поверхно-
стью в сосуд с жидкостью, в кото-
рую введена акустическая энергия
в форме ультразвуковых колебаний
оптимальной частоты и мощности
(табл. 9—16).
Эффективность операции заключается в значительном сокращении
ее длительности. Одновременно появляется возможность замены до-
рргих и огнеопасных органических растворителей водными растворами.
Вместе с тем повышается степень очистки и качество очищенной по-
верхности.
Травление. Реакция химического растворения продуктов корро-
зии (окалины, ржавчины) в кислотах заметно ускоряется в присутствии
ультразвуковых колебаний, а механическое действие кавитации бла-
гоприятствует отслаиванию окисных пленок и их дроблению. Здесь
действуют все факторы, описанные выше.
Для проведения травления обрабатываемые детали или заготовки
погружают в травильную ванну с раствором кислоты и выдерживают
их заданное время при воздействии вводимых в ванну ультразвуковых
колебаний оптимальной частоты и мощности.
Конструкция ванны и комплектующее оборудование-такие же, как
при мойке, но предусматривается облицовка стенок ванны из химически
стойких материалов или ее изготовление из этого материала.
Эффективность ультразвукового травления заключается в возмож-
ности применения менее агрессивных и менее нагретых растворов, чем
при обычном травлении; в значительном ускорении операции, в сокра-
щении расхода кислот.
Ультразвуковая интенсификация процессов гальванического нане-
сения металлопокрытий. Введение ультразвуковых колебаний в рас-
творы электролитов в процессе гальванического осаждения металлов
сопровождается возникновением всех рассмотренных выше явлений,
интенсифицирующих тепломассообмен, и некоторых специфических,
благоприятствующих ускорению осаждения металла и улучшению
качества осадка (покрытия). Сущность специфических воздействий
состоит в том, что при механическом воздействии колебаний ультра-
звуковой частоты на электроды гальванической ванны уменьшается
толщина диффузионного слоя, ускоряется подвод свежего электролита
к поверхности электродов, интенсифицируются процессы как на аноде^
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
217
Рис. 11. Зависимости, используемые при расчетах концентраторов для оп-
ределения:
а — амплитуды колебаний торца инструмента; б — длины выходной ступени
концентратора в зависимости от длины и площади сечения инструмента; в,-
г — механических напряжений в плоскости перепада ступеней концентратора
при переменной (естественной) и стабильной амплитуде за счет регулирования
мощности возбуждения; д, е — механических напряжений в плоскости при-»
соединения инструмента при стабильной и нестабильной амплитуде
9. Технические характеристики ультразвуковых установок для очистки во фреонах
Параметр УЗВФ-1 УЗВФ-2 УЗВФ-З УОФ-1 УОФ-2
Максимальные размеры дета- лей, мм 300X300X300 140Х 100Х 140 200 X 200 X 200 700X700X700 300X300X300
Производительность при макси- мальных размерах деталей, шт/ч 30 30 30 50 100
Потребляемая мощность, кВт 11,0 0,8 3,7 18,0 11,0
Объем рабочего раствора, л 125—175 6 30 800—1000 120—150
Подача изделий в зону очистки Механизиро- ванная Ручная Ручная Механизированная
Ультразвуковой преобразова- тель Магнитострик- ционный ПМС-6-22 Пьезокерамический из семи элементов Магнитострик- ционный ПМС-38А Магнитострик- ционный ПМС-6-22
Число преобразователей 1 1 1 3 2
Потребляемая преобразова- телем мощность, кВт 2,5 0,2 0,2 4;0 «5
Рабочая частота преобразова- теля, кГц 22 20 20 18 22
Ультразвуковой генератор УЗГ-2-4 УЗГ-З-04 * У31 ’-2-4
Габаритные размеры 1845X902X1005 600Х400Х 563 1 150X676X985 3400X 1600X 2950 1710Х780Х 1280
Масса; кг 635 63 377 1200 400
* С доработкой для работы с пьезокерамическим преобразователем.
218 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВ1
Примечание. Предусмотрены регенерация моющего раствора и сушка деталей.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
219
10. Технические характеристики установок серии УОФ и УЗО
Параметр УОФ-1 УОФ-2 УЗО-2
Максимальные размеры деталей, 700X 700X 300Х 300Х 300Х300Х
мм Х700 Х300 X 100
Производительность (по макси- 50 100 200
мальным размерам деталей), шт/ч Потребляемая мощность, кВт 18 11 '12
Объем рабочего раствора, л 800—1000 120-150 100-120
Тип ультразвукового преобра- ПМС-38А ПМС-6-22
зователя Число преобразователей Амплитуда колебаний излуча- 3 6-7 2- 2 -3
телей, мкм Потребляемая мощность излу- 4,0 2,5
чателя, кВт Рабочая частота преобразова- 18 22
теля, кГц Габаритные размеры, мм 3400Х1600Х 1710Х780Х 2100Х1200Х
Масса, кг X 2950 1200 X 1280 400 Х2215 250
11. Технические характеристики установок серии УЗВФ
Параметр УЗВФ-1 УЗВФ-2 УЗВФ-З
Максимальные размеры де- талей, мм Производительность при ма- ксимальных размерах дета- лей, шт/ч Потребляемая мощность, кВт Объем рабочего раствора, л Способ подачи изделий в зо- ну очистки Ультразвуковой излучатель 300X300X300 100 11,0 125—175 Механизиро- ванный Магнитострик- ционный ПМС-6-22 1 2—3 2,5 22 УЗГ-2-4 140Х Ю0Х ч Х140 120 0,8 6 Ру1 Пьезокерг 200X 200Х Х200 150 3,7 30 шой эмический
Число преобразователей Амплитуда колебаний из- лучателя, мкм Потребляемая мощность из- лучателя, кВт Рабочая частота преобразо- вателя, кГц Тип ультразвукового гене- 1 6-7 0,2 20 УЗГ-З-0,4
рзторз Габаритные размеры, мм Масса, кг 1845Х902Х 1005 635 606X400X Х563 63 1150Х676Х Х985 377
Примечание. Предусмотрены регенерация моющего раствора
и сушка изделий.
12. Технические характеристики ультразвуковых установок для очистки
Параметр 6631 6632 6634 6635 6636 6637 6638 6678
Очищаемая деталь Детали и узел клапана УТН-5 Втулка плунже- ра УТН-5 Корпус распы- лителя ФД-22 Узел распы- лителя 16-С42Б Втулка плунже- ра НД-21 Плунжер НД-21 Корпус распы- лителей 16-163-7 Плунжер УТН-5
Производительность, шт/ч 2000 1000 720 1000 530 1660 1000 1800
Число генераторов УЗГ-5-1,6/22 1 2 1 1 2 1 1 2
Число преобразователей 3 4 3 3 4 3 2 4
Рабочий объем технологической камеры (ячейки), мм3 24 X 50Х Х23 24 X 60 X X 56 36 X 60 X X 54 27 X 63 X ХЗО 36Х75Х Х70 36Х 85Х X 25 36Х 60Х Х37 24Х60Х Х74
Шаг подачи, мм 26 26 40 29 26 40 40 26
Продолжительность операций, с: замочки в керосине — 32 89 — 54 27 57 55
отстоя — 64 160 — 108 54 144 110
ультразвх'ковой очистки: 1-й 3,6 6,5 20 7,2 13,6 6,8 14,4 11
2-й 3,6 6,5 20 7,2 13,6 6,8 14,4 11
ополаскивания 18 32 80 36 54 27 57 55
пассивации 18 32 80 36 54 27 57 55
сушки: холодной 32 58 120 — 82 40 86 100
горячей 32 58 120 65 82 40 86 100
консервации — — — 36 — — — —
Средний экономический эффект на одну установку, тыс. руб/год 11 29 47 14 34 12 40 8
220 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
221
13. Технические характеристики ультразвуковых установок для очистки
деталей топливной аппаратуры
Параметр УЗА-1 ЛЭФМО-1 6610М
Средняя производительность, шт/ч Средняя потребляемая мощ- ность, кВт Выходная мощность ультразву- кового генератора, кВт Продолжительность цикла, с Габаритные размеры, мм 1000 22 10 150 — 500 2200Х 2300Х X 2000 600 7 1,6 300—900 2000Х900Х X 1600 1000 5 1,6 300 1450Х 600Х X 1700
так и на катоде. При этом наблюдается звукоэлектрохимический
эффект — уменьшение потенциала выделения Н2 на катоде и разряда
анионов (С1, О2) на аноде. Одновременно протекает дегазация электро-
лита. Гальванические ванны оснащают внешними магнитострикцион-
ными или пьезоэлектрическими излучателями. При этом ультразву-
ковые колебания поверхности преобразователя (например, магнито-
стрикционного) непосредственно (контактом) передаются стенкам
или дну гальванической ванны. Иногда их передают приспособлениям,
несущим электроды (подвескам), либо вводят в электролит путем по-
гружения преобразователей в ванну.
Эффективность операции выражается в том, что в присутствии
ультразвуковых колебаний значительно повышается выход по току,
повышается допустимая рабочая плотность тока, уменьшаются пори-
стость покрытия и размеры зерен, усиливается блеск осадка, улуч-
шается равномерность покрытия и повышается производительность
процесса в целом.
Сушка значительно интенсифицируется под воздействием ультра-
звуковых колебаний достаточной интенсивности.
Основным фактором интенсификации является ускорение тепло-
массообмена.
Механизм отдельных явлений, сопровождающих сушку, зависит
от степени влажности материала, его структуры, озвучиваемой массы,
частоты и интенсивности колебаний и других факторов.
В простейшем виде подвод акустической энергии к влажному ма-
териалу ускоряет диффузионные явления, обусловливающие переме-
щение влаги из массы материала к его поверхности. Утоньшается и
разрушается диффузионный слой на границе жидкой и твердой фаз,
толщина этого слоя существенно влияет на скорость обмена. При вы-
сокой влажности часть влаги механически удаляется из капилляров.
Сушку проводят в сушилках с кипящим слоем, туннельных, распы-
лительных барабанных. Применяется ультразвуковая сушка в основ-
ном для мелкодисперсных материалов в состоянии взвеси (сушка распы-
лением) и для рыхлых, волокнистых, гигроскопичных материалов,
а также материалов, чувствительных к нагреву. При этом ее эффек-
тивность проявляется в ускорении операции, улучшении качества обез-
воживаемых материалов, отсутствии нагрева.
14. Режимы ультразвуковой очистки труб
Трубы Вид загрязнения Операция
Холоднотянутые и го- рячекатаные из стали 10, 20, 12ХМФ 0 25 — 76 мм, д = 2,5^7,0 мм Технологические и консервационные смазки Предварительное обез- жиривание
Звуковое обезжирива- ние
Промывка
Сушка
Ржавчина, окалина Травление
Промывка
Звуковая очистка с пас- сивированием
Сушка
Электросварные, хо- лоднокатаные из кор- розионно-стойкой стали 12Х18Н10Т Касторовое масло и тальк, касторовое и машинное масло Предварительное обез- жиривание
Звуковое обезжирива- ние
Промывка
Сушка
Время, мин Состав раствора, г/л Темпера- тура, °C
15 — 20 Na3PO4—30; NaOH—10; Na2SiO3—30 80—90
0,5—2,0 60—70
2—3 Вода 20
20—30 Воздух 65
10—30 H2SO4—150 — 200; NaCl—30—50; вода 70
2—3 Вода проточная 20
0,5—1,0 К2Сг2О, —15; Na2COs —20; вода 20
20—30 Воздух 65
30 Na3PO4—30; Na2COs — 10; ПАВ-3; вода 80—90
0,5—2,0 60—70
5—10 Вода 20
20—30 Воздух 65
222 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Трубы Вид загрязнения Операция
Предварительное жиривание обез-
% Графитовая смазка БВН-1, масло касто- ровое, жир животный, технический, веретен- ное масло Ультразвуковое жиривание обез-
Промывка
Промывка
Особотонкостенные хо- лодной и теплой про- катки из сталей Сушка
12Х18Н10Т, 10Х18Н10Т, ЭИ832, ЭИ874В, 09Х16Н15МЗБ Предварительное жиривание обез-
Смесь касторового ма- сла, талька и хлори- Ультразвуковое жиривание обез-
стого аммония; цин- ковые белила, хлори- рованный парафин Промывка
Промывка
Сушка
Продолжение табл. 14
Время, мин Состав раствора, г/л Темпера- тура, °C
15 — 30 NaOH—20—50; Na2COs —20 —50; ПАВ-3; вода 80—90
0,5 —2,0 60—70
5—10 Вода 40—60
2—3 Вода 20
20 — 30 Воздух 65
15—30 Na3PO4 — 30—50; Na2SiO3 — 20—30; NaOH — 30; вода 80—90
0,5 —2,0 60—70
5 — 10 Вода 40—60
2—3 Вода 20
20 — 30 Воздух 65
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
Трубы Вид загрязнения Операция
Особотонкостенные хо- лодной и теплой про- катки из сталей 12Х18Н10Т, 10Х18Н10Т, ЭИ832, ЭИ874В, 09Х16Н15МЗБ Размерное травление Травление
Ультразвуковая очи- стка
Пассивирование
Промывка
Промывка
Алюминиевые, волоче- ные из сплавов АД1, АДО, АДОО, АМг2, АМгб, АМц Вапор деасфальтиро- ванный, масло цилин- дровое, их смеси с ке- росином Ультразвуковое обез- жиривание
Промывка
Сушка
Продолжение табл. 14
Время, мин Состав раствора, г/л Темпера- тура, СС
5 — 40 HNO3 — 8—10% (мас- совые доли); Hf — 13—15% (массовые доли); вода 40 — 60
1 — 2 Вода 20
5—10 HNO3 — 15—20% (мас- совые доли); AI(NO3)3 — 170—240; вода
2—3 Вода 20
10 — 15 Дистиллят 40 — 60
0,3 —0,5 Состав СВ-2/8-20 60—70
1,0 Вода 40—60
1,5 Воздух 100
224 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
225
15. Азеотропные композиции на основе фреонов для обезжиривания и очистки
от паяльных флюсов
Компоненты Содержание компо- нентов, массовые ДОЛИ, % Анилиновая точка, °C Компоненты Содержание компо- нентов, массовые доли, % Анилиновая точка, °C
Фреон-113 Изопропило- вый спирт 97,0 3,0 — 19,3 Фреон-114 В2 Третбутило- вый спирт 99,0 1,0 — 35,9
Фреон-114 В2 Ацетонитрил 99,0 1,0 — 36,8
Фреон-113 Ацетон 87,5 12,5 — 24,8
Фреон-114 В2 Ацетон 97,6 2,4 — 41,3
Фреон-113 Хлористый метилен 55,0 45,0 —45
Фреон-114 В2 Третбутило- вый спирт Хлористый метилен 63,0 0,5 36,5 — 58,0
Фреон-113 Ацетон Этиловый спирт 86,4 12,0 1,6 — 25
Фреон-113 100 -14,8
Фреон-113 Третбутило- вый спирт 98,0 2,0 — 10,8
Фреон-114 В2 100 — 36,3
16. Эффективность очистки корпуса распылителя форсунки
Способ очистки Количество загрязнений на 100 деталях
ДО очистки после очистки
Ручная очистка в керосине и бензине и протирка тканевыми салфетками 17,5 0,48
Ручная очистка в керосине, двойная (по 10 мин) очист- ка в ваннах УЗВ-16, пассивация, протирка ткане- 16,3 0,29
выми салфетками а
Ультразвуковая очистка на полуавтомате 661 ОМ (14 с), ополаскивание, пассивация и сушка 17,2 0,003
Ультразвуковая очистка в ванне УЗУ-0,1 в трихлор- этилене (30 с), ополаскивание в чистом растворе 13,8 0,574
8 Попилов Л Я.
226 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Пеногашение. Под механическим воздействием переменного зву-
вого давления в его отрицательный полупериод происходит разрыв
пузырьков пены. Это явление используют для гашения пены, образу*
ющейся при ч протекании различных технологических процессов.
Эффективность операции заключается в том, что снижается пено-
образован ие и ускоряется разрушение образовавшейся пены без до-
бавок химических пеногасителей, загрязняющих растворы.
Кристаллизация из растворов. При введении ультразвуковых
колебаний в растворы, которые упаривают для доведения их до пере-
сыщения, ускоряется выделение кристаллов из жидкости и нару-
шается их адгезия к поверхностям теплообмена, что предотвращает
инкрустирование поверхностей и образование плотных сростков.
В результате ускоряется процесс кристаллизации и снижается трудо-
емкость очистки аппаратуры от отложений кристаллов на поверх-
ностях теплообмена.
Интенсификация фильтрования. Изменяя реологические свойства
суспензий и смесей жидкость—твердое тело, ультразвуковые колебания
резко ускоряют протекание жидкости через пористые или ячеистые
поверхности фильтров, ускоряя фильтрование. Это используется для
интенсификации фильтрования, особенно жидкостей повышенной вязко-
сти. Операцию проводят при контактном подводе колебаний к арматуре
фильтра или вводе их в прилежащий к фильтру слой жидкости.
Эффективность операции заключается в резком повышении ско-
рости фильтрования суспензий, особенно с высокими концентрациями
твердой фазы.
Очистка фильтроэлементов. При наложении ультразвуковых коле-
баний на пористые или ячеистые элементы фильтров в процессе их
очистки противотоком жидкости значительно облегчается и уско-
ряется удаление дисперсных частиц из пор и ячеек, интенсифицируется
очистка. При этом сокращается длительность очистки, в особенности
фильтров тонкой очистки.
Повышение качества формовочных смесей в литейном производстве.
При изготовлении формовочных (песчано-глинистых и аналогичных)
смесей для изготовления литейных форм введение глины в виде водной
суспензии, предварительно обработанной ультразвуком, повышает их
технологические свойства. При этом заметно повышается прочность
формовочных смесей на озвученных глинистых суспензиях.
Ускорение схватывания строительных растворов. Оказывая диспер-
гирующее действие на конгломераты вяжущих веществ, ультразву-
ковые колебания значительно увеличивают их активную поверхность,
что ведет к ускорению гидратации и повышению ее степени. В резуль-
тате ультразвуковая обработка строительных растворов (суспензий
извести, цемента и др.) ускоряет затвердевание (схватывание) и повы-
шает прочность отвердевшей массы.
Пропитка пористо-капиллярных материалов жидкостью. В присут-
ствии ультразвуковых колебаний возникает так называемый капил-
лярный эффект — ускорение подъема жидкости по капиллярам за счет
насосного действия импульсов от захлопывания кавитационных пу-
зырьков, улучшения смачивания.
Введением ультразвука значительно (в десятки раз) сокращается
длительность проникновения жидкостей в поры и капилляры деталей,
например при пропитке лаком волокнистой электрической изоляции;
тканей при скрашивании; ылрипоя при безфлюсовой пайке и т. д..
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ обработка
227
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
И ОПЕРАЦИЙ
Ультразвуковые колебания соответствующей интенсивности и
частоты способны оказывать воздействие на протекание различных
металлургических процессов. Характер этого воздействия определяется
многими факторами, но в основном оно положительно и проявляется
в интенсификации процессов и улучшении качества конечного продукта.
Для операций, проводимых с введением ультразвука в расплавы
металлов, используют преимущественно колебания низших частот
(18—22 кГц).
На рис. 12 перечислены области использования ультразвука
в металлургии.
Удаление неметаллических загрязнений из жидкого металла (окис-
лов, нитридов, сульфидов и др.) ускоряется введением в расплав мощ-
ных {ультразвуковых колебаний из-за нарушения равновесия си-
стемы металл—неметаллические включения (рис. 13—16).
Для выполнения операции в расплавленный металл вводят ультра-
звуковой излучатель (обычно стержень), передающий ультразвуковые
колебания от преобразователя или другого их источника. Мощность
колебаний увеличивают до тех пор, пока не возникнет в расплаве аку-
стическая кавитация. Длительность озвучивания определяется кон-
кретными условиями (интенсивность колебаний, степень загрязненности,
температура и т. д.).
Рис. 12. Металлургические процессы и операции, проводимые с использованием
8*
228 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 14. Схемы введения ультра-
звука в металлический расплав
снизу:
а — в кокиль; б — при электро-
дуговом или электрошлаковом
переплаве; 1 — кокиль (кристал-
лизатор); 2 — расплав; 3 — за-
щитное кольцо (прокладка); 4
волновод; 5 — концентратор;
6 — магнитострикционный пре**
образователь; 7 — обмотка; 8 **
электрод
Рис. 13. Ультразвуковая установка для
обработки металлического расплава:
1 — прокладочная шайба; 2 — водяная
рубашка; 3 — кристаллизатор; 4 тру-
бопровод; 5 — цетрирующий штифт;
6 — концентратор; 7 — шина токоподво-
да; 8 — прижимная плата; 9 винты
крепления преобразователя; 10 — магни-
тострикционный преобразователь; 11 *-
резиновая прокладка; 12 — механизм пе-
ремещения преобразователя; 13 — кожух;
14 — подкладки; 15 — траверса; 16 —-
винты перемещения течи; 17> 18 — зажи-
мы; 19 — волновод; 20 — вакуумное уп-
лотнение; 21 — разделительная чаша;
22 — соленоид; 23 — слиток
Рис. 15. Пьезокварцевый пре-
образователь для ввода ультра-
звука в расплав алюминиевого
сплава:
1 — корпус; 2 — форма; 3 *-»
расплав; 4 — мембрана; 5 —•
верхний контакт; 6 — пьезо-
пластина; 7 — воздушная по-
душка; 8 — изоляция; 9
нижний контакт; 10 — клапан;
И масло
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
229
Рис. 16. Схемы введения ультразвука в ме-
таллический расплав сверху:
а — в кокиль; б — в керамическую укреп-
ленную форму; в — при непрерывном или по-
лунепрерывном литье: 1 — магнитострикци-
онный преобразователь; 2 — обмотка; 3 —
концентратор; 4 — излучатель; 5 — расплав;
6 — металлическая (а), керамическая (б)
форма или кристаллизатор (в)
Рис. 17. Принципиальная
схема литья способом ваку-
умного всасывания и нало-
жения ультразвуковых коле-
баний:
1 — магнитострикционный
преобразователь; 2 — по-
лость гипсовой формы; 3 —
ультразвуковой генератор;
4 — промежуточный ваку-
умный резервуар; 5 — ва-
куумный насос; 6 — корпус
для формы; 7—тигель с рас-
плавленным металлом
В результате проведения ультра-
звуковой обработки расплава повыша-
ется однородность металла, возрастает
его жидкотекучесть, улучшаются показатели механических свойств
затвердевшего металла, в частности пластичность.
Дегазация жидкого металла. Кавитация, вызываемая ультразву-
ковыми колебаниями в расплаве металла, нарушает равновесие системы
расплав—газ, стимулируя образование большого количества газовых
пузырьков, которые, пульсируя и укрупняясь, покидают жидкость.
Пузырьки, существовавшие в расплаве до озвучивания, укрупняются
и выходят из расплава. Всплыванию пузырьков способствует снижение
вязкости жидкой среды под действием колебаний. В результате умень-
шается количество растворенного газа в расплаве, что благоприятно
влияет на свойства металла.
Для осуществления дегазации волновод-излучатель передает
в расплавленный металл ультразвуковые колебания от преобразователя
в течение заданного времени. Обработка расплава ультразвуком ве-
дется обычно в ковшах, но возможна и при непрерывной разливке
вводом колебаний в поток металла при его разливке, в том числе не-
прерывной.
После ультразвуковой дегазации в металле слитка или отливки
значительно снижается содержание растворенных газов, улучшается
плотность и однородность строения, заметно повышается прочность
и пластичность. Сокращается брак литья по газовой пористости.
Модифицирование металлических расплавов. Растворение в рас-
плавленном металле труднорастворимых модифицирующих или леги-
рующих добавок тормозящего или зародышевого действия значительно
ускоряется в присутствии ультразвуковых колебаний.
230 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Ультразвук также существенно повышает активность действия мо-
дифицирующих добавок, в особенности образующих интерметалличе-
ские соединения в расплаве.
Для модифицирования волновод-излучатель передает ультразву-
ковые колебания от преобразователя в расплавленный металл в ковше
перед разливкой либо в поток металла при непрерывном литье. В част-
ных случаях торец волновода, погруженный в расплав, изготовляют
из материала, который желательно ввести в состав расплава.
Прочность и пластичность слитков из сплавов, содержащих мо-
дификаторы, резко повышается после ультразвуковой обработки рас-
плава в процессе литья.
Улучшение заполнения литейных форм. Ультразвуковое 'кавита-
ционное воздействие на жидкий металл в процессе его кристаллизации
приводит к значительному перегреву при той же температуре литья,
что увеличивает время существования расплава и способствует запол-
нению им тончайших деталей литейной формы. Практически повы-
шается жидкотекучесть расплава.
В этой операции волновод-излучатель, передающий ультравуковые
колебания от преобразователя, вводится в соответствующую часть
литейной формы (обычно нижнюю) в процессе заливки формы и пере-
дает колебания массе отливки до ее затвердевания.
Эффективность операции проявляется в том, что в присутствии
ультразвуковых колебаний можно изготовить ажурные отливки, ко-
торые обычным литьем невозможно получить. Озвучиваемый расплав
значительно лучше заполняет тонкие каналы в форме. При ультразву-
ковой обработке до и во время охлаждения отливки уменьшается пред-
усадочное расширение и увеличивается усадка (рис. 17).
Улучшение структуры слитков и отливок. Ультразвуковые коле-
бания, введенные в кристаллизующийся расплав, изменяют условия
протекания процессов зарождения и роста кристаллов. Кавитация
способствует увеличению числа центров кристаллизации, активируя
примеси, содержащиеся в расплаве.
В присутствии ультразвука уменьшается ликвация в сложных
сплавах, происходит измельчение макро- и микрозерен, устраняется
образование столбчатых кристаллов и снижается степень неоднород-
ности состава материала слитка (табл. 17).
Ультразвуковые колебания большой мощности (4 кВт и выше)
и частотой 18—22 кГц вводят непосредственно в объем озвучиваемого
металла с помощью изготовленного из тугоплавкого кавитационно-
17. Продолжительность отжига и механические свойства ковкого чугуна
после обработки расплава ультразвуком
Кристаллизация расплава Продолжитель- ность отжига, мин %• МПа 6, % НВ
I стадия 11 стадия
Без обработки ультразвуком 70 10 409 2,9 203
С обработкой ультразвуком 35—40 6 454 4,8 117
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
231
и химически стойкого металла волновода-излучателя от источника
ультразвуковых колебаний (обычно магнитострикционного преобра-
зователя).
При обработке расплава ультразвуком повышается равномер-
ность структуры по сечению слитка или отливки, существенно измель-
чается зерно и повышается его равноосность. В результате этого уве-
личивается прочность и улучшаются пластические свойства затвердев-
шего металла. Эффект повышения пластичности особенно заметен
у сплавов (стали), в которых возможно выделение хрупких фаз. При
обработке ультразвуком сплавов отмечается уменьшение анизотро-
пии механических свойств.
Изготовление «синтетических» сплавов. В присутствии ультра-
звуковых колебаний несплавляющиеся компоненты твердой и жидкой
фаз за счет улучшения смачивания расплавом твердых дисперсных
частиц объединяются, образуя после охлаждения прочный конгломерат
со специальными свойствами. В частности, это имеет место при изго-
товлении композиционных материалов вводом в расплав неметалличе-
ских порошков.
Ультразвуковые колебания облегчают проникновение жидкого
металла в капилляры твердых частиц, а возникновение кавитации
помимо ускоряющего воздействия на это проникновение, приводит
к образованию в частицах трещин, также заполняемых металлом.
В расплав металла,в котором создается ультразвуковая кавита-
ция, вводят заданное количество мелкодисперсного порошка (вторую
фазу) или спрессованный из порошка хрупкий стержень и ведут обра-
ботку в течение заданного времени.
Получаемые после воздействия УЗК композитные материалы («псев-
досплавы» или «синтетические» сплавы) обладают комплексом ценных
свойств (повышенной прочностью, жаростойкостью, фрикционными
свойствами и т. Д.), которые отсутствуют у исходного металла.
Зонная плавка металлов. Ультразвуковые колебания определен-
ной мощности воздействуют на перемещающийся при зонной плавке
фронт кристаллизации, способствуя уменьшению толщины диффузион-
ного слоя и ускоряя удаление примесей.
Ультразвуковые колебания вводят в подвижную расплавленную
зону контактным методом с помощью инструмента (излучателя), изго-
товленного из материала, который не диспергирует и не растворяется
в расплаве металла, очищаемого зонной плавкой.
Установлено, что ультразвук заметно интенсифицирует процесс
зонной очистки, сокращая длительность операции.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ
ПРОВЕДЕНИИ ТЕРМИЧЕСКИХ И ТЕРМОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Введение ультразвуковых колебаний в твердые металлы и сплавы
влияет на кинетику диффузионных превращений, вызывает увеличение
плотности структурных несовершенств, изменяет свойства материа-
лов и, в частности, существенно влияет на протекание различных пре-
вращений в процессах термической обработки и на кинетику этих
процессов.
Закалка. Введение ультразвуковых колебаний в охлаждающую
жидкость при закалке способствует разрушению паровой рубашки,
232 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
образующейся у поверхности закаливаемой детали на стадии пленоч-
ного кипения и стабилизирует охлаждение на стадии пузырьчатого
кипения, при котором коэффициент теплопередачи в 25—50 раз больше,
чем на стадии пленочного кипения.
Изменяя мощность вводимых колебаний, можно в широких пре-
делах регулировать интенсивность охлаждения и скорость закалки.
Ультразвуковые колебания вводят в закалочный бак (ванну) обычно
через дно или стенки, используя магнитострикционные или пьезо-
электрические преобразователи. Применяют также гидродинамическое
возбуждение колебаний непосредственно в жидкости с помощью гидро-
динамических излучателей.
Основной эффект введения ультразвуковых колебаний при закалке
заключается в том, что значительно ускоряется и стабилизируется
процесс закалки; уменьшается коробление и трещинообразование
в закаливаемых деталях; повышаются показатели механических свойств
обрабатываемых сплавов.
Рекристаллизационный отжиг. Ультразвуковые колебания, вво-
димые в массу металлического изделия при гомогенизирующем ре-
кристаллизационном отжиге, способствуют возникновению дополни-
тельных центров рекристаллизации, ускоряют формирование рекри-
сталлизационной структуры.
Дополнительно создаваемое ультразвуком тепло внутреннего
трения в массе металла интенсифицирует процессы рекристаллизации.
Ультразвуковые колебания существенно изменяют скорость ми-
грации границ зерен, способствуя ускоренному протеканию основных
рекристаллизационных процессов.
У сплавов черных металлов в аустенитной области ультразвуковая
обработка уменьшает склонность к росту аустенитного зерна.
Для проведения операции ультразвуковые колебания требуемой
мощности контактно вводятся в термически обрабатываемое изделие
(заготовку) с помощью соответствующего волновода-излучателя и
поддерживаются на заданном уровне в течение процесса отжига.
Эффективность операции проявляется в улучшении ряда показа-
телей процесса, в частности в том, что инкубационный период рекри-
сталлизации под влиянием ультразвука сокращается в десятки раз,
улучшаются механические свойства материала и уменьшается число
дефектов.
Отпуск. Вводимые в процессе отпуска ультразвуковые колебания
активируют перемещение дислокаций и соответственно влияют на про-
цессы их взаимодействия с примесными атомами, скоплениями атомов
и другими неоднородностями химического состава твердого раствора,
когерентными и некогерентными выделениями избыточных фаз.
На низкотемпературной стадии отпуска ультразвуковые колеба-
ния, усиливая интенсивность диффузионных процессов, увеличивают
объемную долю частиц выделяющейся фазы и повышают их дисперс-
ность. При этом скорость упрочнения сплава возрастает. На высоко-
температурной стадии отпуска влияние ультразвука неоднозначно
для различных по природе сплавов.
Влияние ультразвуковых колебаний проявляется в интенсифика-
ции процессов выделения и коагуляции карбидов в соответствующих
сплавах.
Ультразвуковые колебания непосредственно передаются обраба-
тываемому изделию, контактно или с поджатием торца излучателя через
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
233
тонкий слой соответствующей жидкости. Эффективность операции
заключается в первую очередь в значительном сокращении длитель-
ности протекающих процессов, одновременно повышается однородность
свойств материала в разных по размеру сечениях и снимаются вну-
тренние напряжения.
Старение сплавов. На различных этапах старения действие ультра-
звуковых колебаний носит различный характер. При распаде твердого
раствора ультразвук способствует увеличению числа образующихся
зародышей. При коагуляции частиц ультразвук облегчает развитие
диффузионных процессов, приводящих к ускоренному росту частиц
избыточных фаз. При распаде пересыщенных твердых растворов энер-
гия диффузионных процессов значительно снижается.
Ультразвуковые колебания контактно подводят к изделию, нахо-
дящемуся в газовой или жидкой среде заданной температуры и под-
держиваются в течение заданного времени. Эффект воздействия коле-
баний на процессы старения проявляется в первую очередь в значи-
тельном сокращении длительности операции (10—30 раз). Одновре-
менно с ускоряющим действием ультразвук улучшает механические
свойства обрабатываемых старением сплавов.
Снятие внутренних напряжений. Воздействие ультразвуковых
колебаний на металл или сплав, имеющий структурные несовершен-
ства (дислокации), проявляется в преимущественном поглощении
энергии волны дислокациями и преобразовании ее в энергию их пере-
мещения. Дислокационные деформации способствуют пластическим
сдвигам, которые приводят к уменьшению внутренних напряжений.
Обработка ультразвуком, проводимая при отпуске или отжиге,
резко ускоряет процесс снятия внутренних напряжений. Длительность
операции снижается примерно в 10 раз. Начало интенсивного сня-
тия напряжений перемещается в область более низких температур.
Интенсификация дисперсионного твердения. Ультразвуковое воз-
действие на металлические сплавы приводит к повышению плотности
дислокаций и, следовательно, к увеличению мест преимущественного
образования зародышей выделяющихся фаз и числа выделяющихся
частиц, повышению дисперсности выделений.
Ультразвуковые колебания подводят к изделию (детали)
контактно либо через тонкий слой жидкости (масла, расплава
и т. д.).
Целесообразность операции состоит в том, что ультразвук оказы-
вает в той или иной степени положительное влияние на все показатели,
характеризующие изменение свойств сплавов после дисперсионного
твердения.
Термоультразвуковое упрочнение металлов. Воздействие мощных
ультразвуковых колебаний на металл повышает плотность дислокаций
и способствует равномерному распределению их в объемах зерен,
что приводит к повышению твердости. Обработка ультразвуком часто
приводит к максимальному повышению твердости и прочности метал-
лов и сплавов при проведении ее ниже 0 °C.
При низких температурах замедляются процессы выделения ча-
стиц избыточных фаз и перераспределение атомов примесей к линиям
дислокаций, а сопротивление перемещению дислокаций снижается.
Результатом повышения подвижности дислокаций под действием уль-
тразвука является увеличение степени дислокационной деформации,
повышение плотности дефектов кристаллического строения и равно-
234 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
мерности их распределения по сечению зерен твердых растворов, что
улучшает прочностные характеристики.
Ультразвуковые колебания подводят к изделию (детали) кон»
тактно или через тонкий слой жидкости. В результате обработки ультра-
звуком многих металлов и сплавов, в частности при низких темпе-
ратурах, наблюдается заметное повышение твердости и прочности.
Термохимическая обработка металлов в жидких средах. Ультра-
звуковые колебания, введенные в металл, находящийся в контакте
с жидкой средой при жидкостной термохимической обработке, влияют
по-разному на различные стадии этого процесса. Главным является
ускоряющее влияние на состояние жидкой насыщающей среды у по-
верхности изделия, где за счет кавитационных явлений и возникнове-
ния местных гидродинамических потоков происходит интенсивное
перемешивание жидкости, уменьшение толщины ламинарного слоя,
более интенсивный диффузионный обмен активными атомами в жидко-
сти, активизация насыщаемой поверхности, улучшающая условия
адсорбирования этих атомов поверхностью. Под действием ультра-
звука увеличивается плотность структурных несовершенств, что за-
метно (в несколько раз) ускоряет диффузионные процессы (повышает
коэффициент диффузии).
Ультразвуковые колебания подводят к обрабатываемому изделию
(детали) контактно при его нахождении в жидкой среде.
Эффективность операции проявляется в том, что в оптимальных
режимах проведения процесс насыщения поверхности соответству-
ющими элементами заметно ускоряется (до нескольких раз) и увеличи-
вается толщина диффузионно насыщенного слоя.
Термохимическая обработка металлов в газовых и твердых средах.
В металлах, подвергнутых обработке ультразвуком, происходят не-
обратимые структурные процессы образования вакансий и микропор,
способствующие интенсификации диффузионных процессов, проводи-
мых впоследствии без наложения ультразвука. Подобная предвари-
тельная ультразвуковая обработка ускоряет процессы диффузионного
насыщения поверхности при последующей химико-термической обра-
ботке, проводящейся без введения ультразвука. Ультразвуковые коле-
бания подводят к изделиям (деталям) перед их термохимической обра-
боткой контактно или через тонкий слой жидкости.
Эффективность операции проявляется в том, что процессы термо-
химической обработки металлов, предварительно обработанных ультра-
звуком, заметно ускоряются. Твердость и теплостойкость насыщенного
слоя повышаются.
ДИСПЕРГИРОВАНИЕ И КОАГУЛЯЦИЯ С ПОМОЩЬЮ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
Одним из практических промышленных направлений использо-
вания ультразвуковых колебаний является тонкое измельчение (дис-
пергирование) различных материалов в твердом или жидком состоянии
и обратный процесс — коагуляция — объединение тонкодисперсных
твердых или жидких частиц в более крупные конгломераты.
Получение эмульсий несмешивающихся веществ. Введение ультра-
звуковых колебаний в смеси несмешивающихся (взаимно нераствори-
мых) жидкостей (например, вода—масло) в широком диапазоне частот
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
235
колебаний (практически до 2—3 МГц) приводит к диспергированию
одной фазы в другой и образованию однородной, высокодисперсной,
устойчивой эмульсии — эмульгированию.
Эмульгирование (УЗЭМ) начинается при некоторой (пороговой)
интенсивности колебаний. Для различных систем жидкостей пороговая
интенсивность имеет различные значения. С увеличением интенсив-
ности колебаний скорость эмульгирования возрастает. С увеличением
длительности эмульгирования достигается некоторый предел кон-
центрации.
Основными факторами, контролирующими эмульгирование, яв-
ляются кавитационные процессы и резкое увеличение межфазной
удельной поверхности при диспергировании. Присутствие поверх-
ностно-активных веществ (уменьшение межфазного натяжения) и рас-
творенных газов благоприятствует эмульгированию. Также благо-
приятно понижение вязкости исходных жидкостей. Эмульгирование
проводят либо в сосудах (емкостях) с помощью магнитострикционных
или пьезоэлектрических преобразователей (обычно в малых объемах),
вводя ультразвуковые колебания любым способом в смесь исходных
жидкостей, либо с помощью гидродинамических излучателей вихре-
вого, роторного, щелевого типов, подавая струи смешиваемых жидко-
стей через сопло на кромку вибратора жидкостного свистка. Второй
способ гораздо производительней и дешевле, особенно пр-и больших
масштабах производства, хотя качество эмульсии несколько ниже,
чем при первом способе.
Интенсивность и частоту колебаний, длительность процесса уста-
навливают опытным путем в пределах оптимальных значений для каж-
дого исходного сочетания жидкостей и конкретных условий прове-
дения. Следует учитывать, что диаметр капель дисперсной фазы незна-
чительно изменяется с изменением частоты и практически не изме-
няется с изменением интенсивности. Минимальный размер дисперги-
рованных частиц 10’1 мкм.
Эффективность УЗЭМ определяется конкретными условиями осу-
ществления, но в основном тем, что при значительном ускорении опе-
рации получают более стабильные и тонкодиспергированные эмульсии,
чем обычными методами. Облегчается получение эмульсий из трудно-
эмульгируемых обычными методами исходных веществ. Как правило,
значительно сокращается время, требующееся для получения эмуль-
сии заданных свойств.
Ультразвуковое (акустическое) распыление жидкостей (УЗРЖ).
Способ получения аэрозолей из жидкости с помощью ультразвуковых
(иногда звуковых) колебаний.
По одному из способов УЗРЖ проводят за счет отрыва частиц
жидкости от гребней стоячих капиллярных волн, возникающих в сплаве
(пленке) жидкости, находящейся на поверхности твердого тела (пла-
стины) при подводе к нему ультразвуковых колебаний. При определен-
ной амплитуде колебаний жидкость приходит в колебательное дви-
жение и отделяется в виде дисперсных частиц, выбрасываемых с боль-
шим ускорением в окружающую среду. _
В формировании дисперсии жидких частиц существенную роль
играют кавитационные явления, в частности ударные нагрузки при
захлопывании кавитационных пузырьков; газовые пузырьки, уда-
ляющиеся из. жидкости; образование поверхностных волн и отрыв
(отшнуровывание) капелек от гребней при больших амплитудах. Дис-
236 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
персность частиц распыляемой жидкости растет с увеличением частоты
колебаний и длины капиллярной волны. Диаметр капель аэрозоля
равен 0,ЗХк (Хк — длина капиллярной волны). Толщина слоя состав-
ляет доли миллиметра, но не менее 1к/2. При другом способе образо-
вание капель аэрозоля происходит при отрыве частиц от поверхности
струи, фонтанирующей под воздействием пучка мощных ультразвуко-
вых колебаний. Основным фактором, определяющим протекание про-
цесса, является кавитация.
Операцию проводят с помощью фокусирующих ультразвуковых
излучателей пьезокерамического типа, работающих на частоте 1—
3 МГц. Конструкция их видоизменяется в соответствии с конкретной
целью применения. Размер капель обычно 2—4 мкм. В этих случаях
местом зарождения частиц аэрозоля является поверхность жидкости,
колеблющаяся с ультразвуковой частотой.
Аэрозоль получают с помощью газоструйных излучателей, в ко-
торых проходящий под давлением 0,1—0,5 МПа газ увлекает с собой
частицы жидкости, подаваемой в рабочую зону. Здесь определяющим
фактором являются ультразвуковые ударные волны.
Газоструйные излучатели дают частицы размером десятки и сотни
микрометров (размер уменьшается с повышением давления газа) и
имеют производительность десятки и сотни литров в час.
Эффективность УЗРЖ определяется прежде всего тем, что этот
способ позволяет получать аэрозоли высоких степеней дисперсности
с большой производительностью в контролируемых и воспроизводи-
мых условиях. С помощью ультразвука можно распылять разнообраз-
ные среды. Для ультразвукового распыления жидкостей типа водных
растворов применимы все описанные выше способы. Для приготовления
порошков металлов и распыления топлива в ультразвуковых форсун-
ках предпочтителен первый способ (с вибрирующим слоем). В распы-
лительных сушилках и мощных форсунках более применим третий
способ (газоструйные излучатели).
Диспергирование твердых материалов (УЗДТМ) — способ измель-
чения (перевода в дисперсное состояние) твердых тел в жидкости с об-
разованием взвесей (суспензий).
Происходящие при воздействии ультразвуковых колебаний
в жидкости разрушение и диспергирование погруженных в нее твердых
тел — следствие нескольких одновременно протекающих явлений:
возникновение различных ускорений в разных течках диспергируемой
частицы; резонансное разрушение; расклинивающее действие удар-
ных волн, возникающих при кавитации.
Ведущим фактором является кавитационное разрушение (эрозия)
твердой фазы. Оно значительно интенсифицируется, если совместно
со знакопеременным акустическим давлением действует постоянное
(статическое) давление. В конкретных случаях оптимальное соотно-
шение между этими-давлениями различно. Кавитационное разрушение
твердых тел начинается после достижения некоторого, порогового,
значения интенсивности колебаний (обычно несколько Вт/см2). С ро-
стом интенсивности скорость диспергирования возрастает. Повышению
скорости УЗДТМ способствует также увеличение хрупкости измель-
чаемых материалов, уменьшение их твердости и спайности частиц.
УЗДТМ проводят обычно помещением диспергируемого материала
в жидкость, находящуюся под воздействием ультразвуковых колебаний
оптимальной частоты и мощности, создаваемых магнитострикционными
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
237
Рис. 18. Устройство установки УПХА-8М для приготовления суспензий:;
1 — обойма; 2,5 — крышки; 3 — винты; 4 — кожух; 6 — пружина; 7 —*
палец; 8 — ручка; 9 — шайба; 10 — рычаг;, 11 — собачка; 12 — выключа-
тель; 13 — герметичная полость; 14 — гибкий шланг; 15, 18 — электрокла-
паны; 16, 19 — электровентили; 17 — трубопровод; 20 — магнитострикци-
онный излучатель ЦМС-8; 21 — рабочая ванна
преобразователями или гидродинамическими излучателями (рис. 18).
Конструкции ультразвуковых диспергаторов различны. Широкое при-
менение нашли диспергаторы, работающие при повышенном статиче-
ском давлении (типа УЗД).
Эффективность УЗДТМ определяется, в первую очередь, возмож-
ностьдо получать материалы высокой дисперсности, со свойствами,
превосходящими свойства механически диспергированных веществ.
Это способствует значительному улучшению качества конечной про-
дукции во многих областях промышленности (например, в порошковой
металлургии).
УЗДТМ дает особенно хорошие результаты при диспергировании
аморфных материалов, конгломератов типа горных пород, волокни-
стых материалов (типа асбеста, стекловолокна, целлюлозы), различных
минеральных веществ.
Ультразвуковое предотвращение образования накипи — частный
случай акустической коагуляции гидрозолей — сближения и укруп-
нения частиц коллоидальных размеров в жидкости с целью их выделе-
ния в виде осадка из жидкой фазы. Среди многих факторов, влияющих
на протекание процесса, наиболее существенны давление звукового
238 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
излучения и акустические течения, способствующие быстрому направ-
ленному сближению частиц.
Среди разнообразных примеров использования акустической ко-
агуляции одним из самых эффективных является предотвращение
отложений плотных слоев накипи на внутренних стенках теплообмен-
ных аппаратов.
При осуществлении этого процесса ввод ультразвуковых колеба-
ний оптимальной частоты и мощности непосредственно в рабочую по-
верхность теплообменного аппарата или рабочую жидкость, запол-
няющую аппарат, замедляет либо предотвращает образование прочных
твердых минеральных отложений (накипи) на рабочей поверхности
аппарата и способствует выпадению их в виде рыхлого, легко удаляе-
мого жидкостью осадка.
Непрерывные или импульсные ультразвуковые колебания заданной
частоты и интенсивности вводят либо через волноводы различных кон-
струкций непосредственно в массу (стенки) теплообменного аппарата
в районе рабочей поверхности, либо в жидкость, заполняющую аппарат.
Эффективность способа в основном определяется тем, что при его
проведении в большинстве случаев заметно снижается интенсивность
образования накипи либо образуются слои рыхлые и легко отделяемые.
При этом достигается значительная экономия за счет снижения трудоем-
кости очистки и сокращения простоев оборудования.
Очистка пылевых и дымовых выбросов (УЗОПД) — пример исполь-
зования акустической коагуляции в газовой среде, содержащей взвешен-
ные мелкодисперсные частицы.
При акустическом облучении дисперсных аэрозолей (дыма, пыли,
тумана) сближаются и укрупняются частицы и ускоряется их осажде-
ние из газа-носителя, чем достигается его очистка. Степень и скорость
осаждения определяются интенсивностью звука (возрастая с ее увели-
чением), длительностью озвучивания, частотой, концентрацией взвеси
(возрастает с увеличением последней).
УЗОПД проводят обычно на частотах 0,5—20 кГц при интенсив-
ности >0,1 Вт/см2. При достаточно высокой интенсивности процесс
может протекать непрерывно, например, при 1 Вт/см2 осаждение длится
несколько секунд.
Для УЗОПД используют различные по конструктивному испол-
нению установки в соответствии с характером, состоянием и объемом
очищаемой среды. Во всех случаях ультразвуковые колебания, создава-
емые часто газодинамическим путем (свистки, сирены), воздействуют
на поток загрязнений среды.
Эффективность УЗОПД определяется, в первую очередь, резким
повышением производительности, газоочисткой аппаратуры, а также
тем, что при этом достигается значительно более полное улавливание
частиц аэрозолей, чем при использовании фильтров, циклонов и т. д.,
следовательно, улучшаются условия охраны окружающей среды и
повышается экономическая эффективность операции.
обработка твердых и ХРУПКИХ материалов
С ПОМОЩЬЮ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
При воздействии на заготовку инструментом, колеблющимся
с оптимальной для данной операции амплитудой и ультразвуковой
частотой в среде, состоящей из водной суспензии (взвеси) твердых'абра-
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
239
Рис. 19. Ультразвуковая головка
УЗВГ-2 с магнитострикционным пре-
образователем:
1 — покрытая алмазами часть сверла;
2 — корпус сверла; 3 — концентра-
тор; 4 — штуцер; 5 — неподвижный
корпус; 6 — преобразователь; 7 —
подвижный корпус
зивных частиц, и приложении
к инструменту некоторого (неболь-
шого) статического усилия про-
исходит копирование формы сече-
ния инструмента в заготовке и
осуществляется соответствующая
операция — вырезание, прошива-
ние, сверление, фрезерование, гра-
вирование.
Основным фактором, определя-
ющим протекание процесса, явля-
ется выкалывание микрочастиц
с поверхности обрабатываемой за-
готовки ударами абразивных зе-
рен, приобретающих значительное
ускорение от ударов колеблюще-
гося с ультразвуковой частотой
торца инструмента. Производитель-
ность процесса зависит от многих факторов, в основном от
механических параметров обрабатываемого материала, характери-
зуемого критерием хрупкости tx= G/gb (табл. 20), где G — сопро-
тивление сдвигу, ов — сопротивление разрыву; от концентрации абра-
зивных частиц в суспензии, амплитуды и частоты колебаний, скорости
смены рабочей жидкости в зоне обработки. Производительность обра-
ботки связана с критерием хрупкости зависимостью Q = Л7где
К—постоянный коэффициент. В табл. 18, 19, 21—32 содержатся данные
о режимах и результатах ультразвуковой обработки, а также о стан-
ках, установках и себестоимости отдельных видов обработки.
Прошивание (сверление) отверстий или полостей. Глухие полости
или сквозные отверстия в твердых и хрупких материалах получают
контактным воздействием на заготовку инструмента соответствующей
формы, колеблющегося с ультразвуковой частотой нормально к по-
верхности заготовки в присутствии суспензии абразивных зерен.
Геометрия отверстия (полости) определяется геометрией и кинематикой
перемещения торца инструмента. Разрушение материала заготовки
происходит в основном как следствие многочисленных ударов о по-
верхность дисперсных абразивных зерен, обладающих большой кине-
тической энергией и выкалывающих частицы обрабатывающего ма-
териала. Производительность обработки
Q = K(42PnP)W,
где К — коэффициент, зависящий от концентрации абразивных ча-
стиц в суспензии, твердости обрабатываемого материала и абразива
и среднего размера зерен абразива; А — амплитуда колебаний торца
240 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 20. Ультразвуковая
головка УЗГП-З с пьезо-
керамическим преобразо-
вателем:
1 •— неподвижный кор-
пус; 2 — подвижный кор-
пус; 3 — пластины из
керамики ЦТС-19; 4
накладка из титана; 5
накладка стальная; 6
щетки графитовые; 7
втулка; 8 — кольца мед-
ные; 9—алмазное сверло
инструмента; показатели q и р в зависимости от условий находятся
в пределах 0,5—1,0; Рпр — усилие прижима, равное PCT/Ft Рст —
постоянное усилие прижима, F — площадь торца инструмента.
Ультразвуковое сверление (прошивание) проводят с помощью
инструмента соответствующей формы, приводимого в колебательное
перемещение с оптимальной частотой и амплитудой (обычно f = 18-ь
ч-44 кГц, А = 10-7-60 мкм), подводимого при определенном статическом
давлении (10s?—10е Па) к поверхности заготовки. Между торцом инстру-
мента и поверхностью заготовки вводят и периодически освежают абра-
зивную суспензию. Инструмент является частью колебательной си-
стемы, в которую входит магнитострикционный или пьезокерамический
преобразователь и волновод-концентратор, усиливающий амплитуду
в 5—20 раз.
При обработке получают отверстия и полости заданной геометрии
(в том числе сложного профиля) в твердых и хрупких материалах,
трудно обрабатываемых или вообще не обрабатываемых резанием.
При использовании фиксированного инструмента (не вращающе-
гося, а лишь колеблющегося с ультразвуковой частотой) обрабатывают
обычно отверстия небольшой глубины. Для обработки глубоких отвер-
стий (до 500 мм) используют вращающийся инструмент с закреплен-
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
241
18. Основные характеристики и назначение станков и установок
для ультразвуковой размерной обработки
Модель Характеристика Назначение
4770У Универсальный, настоль- ный, малой мощности (0,05—0,1 кВт) Обработка неточных отвер- стий в твердых, хрупких материалах
4770 Универсальный,- настоль- ный, средней мощности Вырезка деталей из загото- вок полупроводниковых ма- териалов
477А Специализированный полу- автомат Раскрой и вырезка деталей из заготовок полупроводни- ковых материалов
4771 Универсальный,- настоль- ный, средней мощности. Имеется механизм заточки инструмента и микроскоп Раскрой,- обработка отвер- стий, вырезание, гравирова- ние твердых и хрупких ма- териалов
4А771П Универсальный, высокой точности с нагнетанием и отсосом абразивной суспен- зии Обработка фасонных поло- стей, щелей и отверстий диа- метром 0,5—20 мм при коор- динатном расположении в заготовках из твердых и хрупких материалов
4772А Универсальный,- напольно- го типа, повышенной мощ- ности. Подача абразивной суспензии через полость инструмента. Автоматиче- ское повторение цикла Обработка глухих отверстий и полостей в твердых и хруп- ких материалах с высокой точностью по глубине (0,02 мм)
45772 Унифицированная модель на базе модели 4772А
4Д772 Универсальный с подачей суспензии под давлением и принудительной подачей колебательной системы с инструментом Вырезание заготовок слож- ной формы; обработка поло- стей и отверстий диаметром 1—40 мм, глубиной 40 мм в заготовках из твердых и хрупких материалов, в том числе твердых сплавов
4Д772К Модификация базового станка 4Д722 Увеличенная до 180 мм глубина обработки
4Д772М Без координатных столов
4Д772Э 4Д772ЭК 4Д772ЭМ Универсальные на базе станка 4Д772, предназна- ченные для ультразвуковой обработки твердых и хруп- ких материалов и для элек- трохимической обработки электропроводных мате- риалов на предваритель- ных режимах с финишной ультразвуковой отделкой
242 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Продолжение табл. 18
Модель Характеристика Назначение
4Б773 Универсальный, средней мощности Обработка твердых и хруп-* ких материалов
ЛЭ-420 Специализированная уста- новка с прецизионным станком ЛЭ-400М, настоль- ного типа на лампово-тран- зисторной схеме Обработка с высокой точ- ностью (0,02 мм) заготовок из твердых и хрупких ма- териалов
МЭ-22 Специализированный, мощ- ностью 0,1 кВт, на базе станка УЗА-1. Имеется вращающийся инструмент Изготовление и восстановле- ние алмазных и твердосплав- ных волок с диаметром от- верстий 0,3—1,2 мм, глуби- ной до 4 мм
МЭ-34 Полуавтомат с двумя го- ловками Вырезание дисковых заго- товок групповыми инстру- ментами
МЭ-46 Двухпозиционный станок- автомат Вырезание дисков из полу- проводниковых пластин больших диаметров (25—« 45 мм)
МЭ-68 Специализированный раз- резной полуавтомат Раскрой полупроводниковых материалов, вырезание ди- сков d = 1 ... 20 мм, h = = 0,15 ... 1 мм групповым инструментом
МЭ-76 Специализированный на ба- зе станка МЭ-22. Имеются вращающийся шпиндель, механизм заточки инстру- мента, микроскоп Обработка и восстановление твердосплавных и алмазных волок, отверстий диаметром 0,12—1,6 мм, глубиной до 6 мм
МЭ-332 Специализированный на ба- зе станка МЭ-77 Сверление глубоких (до 25—« 30 мм) отверстий диаметром 1 — 2 мм вращающимся ал- мазным инструментохм
ОФ-90 Координатно-шлифоваль- ный, высокой точности Координатное шлифование отверстий в деталях из особо твердых и хрупких мате- риалов
УЗСД-1 Специализированный двух- позиционный Обработка изделий из по- лудрагоценных камней
19а Технические характеристики станков и установок для ультразвуковой размерной обработки
Параметр 4770 4771 4772А 4Б772 4Д772 4Д772Э 4Д772К / 4А771П 4Б773
Класс точности по ГОСТ 8—77 — — — — Н — — П —
Габаритные размеры рабо- чей поверхности стола, мм Площадь обработки, мм2: 125Х X 165 0 50 300 0 300 0 320 0 320 0 320 0 160 0 320
наибольшая 80 180 1200 1200 1250 1250 1250 300 0 100
оптимальная Наибольшее перемещение стола, мм: — — — 750 750 750 180 —
продольное — — — — 160 160 160 120 —
поперечное — — — — 160 160 160 100 —
Точность отсчета перемеще- ний, мм — — — — 0,02 0,02 0,02 0,01
Рабочий ход инструмента, мм — — — — 50 — — 60
Точность координатных пе- ремещений, мм Частота вращения, об/мин: — — — — 200 0,01 — 50
стола шпинделя — 10 300 2 п 4 2 и 4 3; 7 До_Ю До_10 350; 2500 2 и 4
Наибольшая глубина (диа- метр обработки), мм Точность отсчета глубины обработки, мм 15 (15) 60 (15) 0,01 40 (80) 0,02 (80) 50 (80) 40 (80) 0,01 40 (40) 0,01 40 (40) 0,01 —
Усилие прижима инстру- мента, Н — — — — 0 — 300 0 — 300 0 — 300 1—80 —
Скорость подачи инструмен- та, мм/мин — — — 0,02 — 2,0 0,02—12 0,02—12 0,02—12 До 10 —
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
ьо
СО
Параметр 4770 4771 4772А
Наибольшая производи- тельность, мм3/мин, при об-
работке с прокачкой:
стекла До 300 1300 4000
твердого сплава — — 300
Точность обработки (±), мм Ra, мкм, при обработке: 0,04 0,025 0,025
стекла —
твердого сплава — — —
Тип генератора — —
Выходная мощность, кВт 0,4 0,4 1,6
Общая потребляемая мощ- ность, кВт
Рабочая частота, кГц Габаритные размеры, мм: 18 18 22
станка 500 X 1200Х 1360Х
Х380Х Х750Х X 1060
Х550 X 1875 Х2080
генератора —' — —
электрошкафа »— —
Масса # кг:
станка 155 430 1400
генератора — — —•
электрошкафа
Продолжение табл. 19
4Б772 4Д772 4Д772Э 4Д772К 4А771П 4Б773
4000 5000 5000 5000 1350—1500 9000
300 50 400 60 20
0,024 0,02 0,05 0,02 0,005 0,025
— 1,25 — 3,5 2,5 2,5 1,25
— 1,25 1,25 —
— УЗГ5-1.6 УЗГ5-1,6 УЗГ5-1,6 УЗГ2-0,4/22
—— 1,6 1,6 1,6 0,4
4,5 4,5 4,5 1,7 —
22 22 22 22 18 18
1360Х 1300Х 1300Х 1300Х 1400Х 1500Х
X 1060 Х985Х Х985Х Х985Х Х785Х 1800 X 1300
X 2080 Х2090 X 2090 X 2090 X 2200
— 650Х 650Х 650 X —— —
X 540 X X 540 X X 540 X
X 1265 X 1265 X 1265
820 X 820 X 820 X —
Х410Х Х410Х Х410Х
X 1925 X 1925 X 1925
1400 1400 1400 300
— 300 300 300 370 —
260 260 260
244 МЕТОДЫ. ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
245
20. Классификация материалов по критерию хрупкости
Груп- па ма- териа- лов Материал Кри- терий хруп- кости Преобла- дающий вид де- формации Характер разрушения материала Область применения ультразвуковой обработки
I Стекло, кварц, керамика, ал- маз, германий, кремний, фер- риты > 2 Упругая Хрупкое Обработка алма- зов, технической керамики, полу- проводников; из- готовление дета- лей из стекла, кварца
11 Твердые спла- вы, сталь-зака- ленная на вы- сокую твер- дость; цементи- рованные и азо- тированные стали 1—2 Упруго- пласти- ческая Хрупкое по- сле упроч- нения за счет пласти- ческих де- формаций Изготовление во- лок, вырубных штампов, выса- дочных матриц из твердых спла- вов; профилиро- вание твердо- сплавного . ин- струмента
III Свинец, мягкая сталь <1 Пласти- ческая Не наблю- дается Обрабатывать ультразвуком нецелесообразно
21. Упругие константы твердых материалов и скорости распространения
ультразвука
Материал р, г/см3 ецм *8-01 -3 ‘e-OI ’D о с,-10“% см/с *оо-Ю-8, см/с ст-Ю-8, см/с 2 Т 2
Алюминий 2,7 71 26 0,34 5,08 6,26 3,8 13,7
Железо 7,8 210 82 0,28 5,17 5,85 3,28 40,4
Никель 8,8 205 78,5 0,31 4,78 5,53 2,96 41,5
Сталь 7,8 204 85,5 0,28 5,05 6,1 3,3 39,4
Свинец 11,4 16 0,58 0,44 1,18 2,16 0,7 13,4
Вольфрам 19,1 362 134 0,35 4,31 5,46 2,62 82,1
Медь 8,9 125 46,4 0,35 3,71 4,7 2,26 33
Стекло 3,2 57 23,8 0,23 4,88 5,34 3,42 11,7
Титан ВТ1 4,52 116 — — 5,07 — — 22,9
22. Обрабатываемость материалов ультразвуковым методом
Материал Обработка непрофили- рованным инструментом- проволокой (d — 0,1 мм) Ультразву- ковое про- шивание
Производи- тельность, мм2/мин Относитель- ная обраба- тываемость Относитель- ная обраба- тываемость
Стекло оптическое 130 1,0 1,0
техническое 160 1,2 1,15 0,7
кварцевое 112 0,86
Минералокерамика ЦМ-332 19 0,15 0,15—- 0,2
Рубин (синтетический) 16 0,12 0,12—0,18
Твердый сплав ВК20 4 0,03 0,02 — 0,03
Агат 41 0,32 0,33
Яшма 70 0,54 0,4
246 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
23. Рекомендуемые силы подачи при ультразвуковой обработке деталей
из полупроводниковых материалов
Вырезка и раскрой Обработка лунок Нанесе- ние рисок
Толщина пласти- ны, мм Опти- мальная сила подачи, Н Сила подачи на выходе, Н Диаметр лунок, мм Допусти- мая сила подачи, Н Размеры рисок, мм Допусти- мая сила подачи, Н
0,1—0,15 '4 3-4 <1 4,5 От 0,1 хо,з до 15x0,3 5 — 6
0,15—0,4 10 3—5 1 — 1,5 10—12,5 Св. 0,15x0,5 10
0,4 —1,0 15 3-5 > 1.5 15 — —
24. Эффективность ультразвукового метода обработки деталей
из полупроводниковых материалов
Операция Мате- риал детали Время обработки, с
ультра- звуковым методом на станках
Вырезание 270 дисков диаметром 1,5 мм из пластины диаметром 30 мм Раскрой пластины диаметром 30 мм на 30 кристаллов размером 1,5x1,5 мм Обработка лунок диаметром 1 мм и глу- биной 0,1 мм Нанесение рисок 0,1X0,25 мм с шагом 1X1,6 мм на пластину диаметром 30 мм Вырезание одного диска диаметром 10— 30 мм из пластины толщиной 1 мм Кремний 50—60 120—150 Невоз- можно 300—400
3—4 Невоз- можно
Герма- ний 25—45 300
25. Износ инструментов из различных материалов при ультразвуковой
обработке твердого сплава и стекла
Матери ал инструмента Обрабатываемый материал
Стекло Твердый сплав
Продольный износ, мм Глубина об- работки, мм Относитель- ный износ, % Продольный износ, мм Глубина об- работки, мм Относитель- ный износ, %
Твердый сплав 0,038 38,3 0,1 3,5 3,18 НО
Низкоуглеродистая сталь 0,45 45,1 1,0 . 2,8 3,18 88
Латунь 0,53 31,8 1,68 4,45 3,18 140
Коррозионно-стойкая сталь 0,2 29,2 0,7 0,4 1,14 35
Инструментальная сталь (типа У10) закаленная 0,064 13,9 0,46 0,3 1,17 26
26« Производительность и износ инструмента при алмазном сверлении неметаллических материалов
Материал обрабатываемой детали Проч- ность на сжатие асж’ МПа Обычное сверление алмазным инструментом Ультразвуковое сверление алмазным инструментом (/ = 44 кГц; Ам = 12 мкм)
Производи- тельность Износ инструмента Производи- тельность Износ инструмента Коэффициент относительной обрабатыва- емости Коэффициент эффективности обработки
я я - S Zfs’ СУ S я я S о S СУ S линей- н ы й Д, мкм относи- тельный «V- % я _ S ю А мм3/мин линей- ный Д, мкм относи- тельный %
Стекло кварцевое (9000 — -11000)* 7,1 162,0 175 0,315 52,1 1344,2 80,0 0,056 1,0 7,3
Лейкосапфир 22000 * 1,0 25,8 231 0,416 9,8 253 67,0 0,121 0,19 9,8
Кремний 9000 * 14,4 371,52 30 0,054 22,2 572,8 21,0 0,038 0,43 1,5
Графитированный мате- риал ЭЭГ 60,0 27,0 696,6 15 0,027 32,4 835,9 9,5 0,016 0,62 1,2
Агат 765,5 Плохо обрабатывается — 8,4 216,7 12,0 0,022 0,16 —
Обсидиан 315,3 9,6 247,7 212 0,382 47,4 1222,9 65,0 0,117 0,91 4,9
Грайит 198,4 24,0 619,2 118 0,212 54,0 1393,2 30,0 0,054 1,04 2,2
Базальт 172,5 55,2 1424,2 10 0,018 84,0 2167,2 2,0 0,004 1,6 1,5
Мрамор: агверанский 123,0 24,2 624,4 72 0,130 46,2 1192,0 29,0 0,052 1,53 1,9
иджеванский 71,7 23,55 607,6 27 0,049 51,6 1331,3 18,0 0,032 0,99 2,1
коелгинский 73,8 33,6 866,9 12 0,022 48,0 1238,4 10,0 0,018 0,92 1,4
Туф фельзитовый 34,7 42,6 1099,1 37 0,067 86,4 2229,0 16,0 0,029 1,66 2,1
* Микротвердость
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
248 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
27. Экономические показатели сверления
Вид обработки Связка Амплитуда колебаний, мкм Частота ко- лебаний, кГц Qs, мм/мин % ‘°* q, кар/м сс. руб.
Ультразвуковая обработка в абра- зивной суспензии Алмазное сверление Ml 20 20 10—15 30 1,0 ’ 4 4,5 2,8
Ультразвуковое сверление алмазным инструментом МВ-1 20 65 — 0,3 2,8
10 55 — 28 0,9
Ml 37 44 66 73 — 14 8,8 1,15 1,5
15 20 20 65 70 — 23 12 0,8 1,25
28. Обрабатываемость неметаллических материалов алмазными
Трубчатыми сверлами (0 = 6 мм, АСК125/100К — 150%, связка М5-10)
Материал Производительность Коэффи- циент обрабаты- ваемости Износ инструмента
Че мм/мин Че мм3/мин че % <7. кар/м
Стекло: К8 96,6 2106 1 0,097 0,139
техническое 129 2688 1,335 0,0179 0,0258
ЛФ-5 123 2580 1,273 0,123 0,176
ТФ-3 91,3 1994 0,945 0,105 0,15
кварцевое 97,6 2188,7 1,01 0,071 0,102
Технический фарфор 103 2220 1,07 0,0288 0,041
Ситалл: СТЛ-6 96,0 2020 0,994 0,057 0,082
СТЛ-7 89,7 1795,8 0,929 0,058 0,083
СТБ-1 77,2 1685,1 0,799 0,13 0,186
ЛЗ-40 65,7 1436,4 0,68 0,064 0,092
СТЛ-10 24,8 541,6 0,257 0,145 0,207
Минералокерамика ЦМ-332 25,5 556,3 0,264 0,17 0,243
Рубин синтетический 15,6 342 0,161 0,495 0,708
29. Технологические параметры ультразвукового алмазного сверления
в зависимости от типа алмаза
Параметр Тип алмаза
А125/100 АСК125/100 АСВ125/100 АСР125/100
Qo, мм/мин Q , мм3/мин чв. % Ra, мкм 1190—1480 55,5—60 0,085 3,3-6,1 1960—2020 69,5 — 71,7 0,14-0,16 4,5—9 1010—1080 . 46,3 — 49,4 0,22—0,25 6,4 —7,5 690—690 33,3—33,6 0,26 — 0,265 5,7—6,2
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
249
30. Технологические параметры ультразвукового алмазного сверления
в зависимости от марки связки
Параметр Марка связки
Ml М5-2 М5-6 М5И0
литая прессо- ванная
Qv> мм3/мин Q , мм/мин 7В> % Ra, мкм 1100— 1380 44,2—56,6 0,09—0,15 3,8 — 7,1 1250— 1340 48,1—52 0,16 — 0,18 4,3 —5,2 ЮЗО- 1280 44,1 — 52,6 0,24 — 0,31 4,2—4,8 1190 — 1480 55,6—60 0,085 3,6 1720— 1850 60-63,8 0,08—0,18 2,7—4,8
31. Наклеп при ультразвуковой обработке
Режим обработки <и ф - Режим обработки о ф «
Ч ч к ч ч к
д о я « о
л то то Ч л то то ч
я Я О Я х о
О то 2 О ® 2 X я я л s <= с° 32 в о Ю я о то 2 о 5 Я к ® ± т Е ТО 2 я то л Е v© Ф©< с 2 ° Е U S о Е
а си о* « а> -
н со Ч то 2 - - ф о н то Ч то 2
О. со то О Е U Е S Оч СО то О Е UcS
10 0,06 — 3 0,035
0,07 5 0,06—
20 30 7 0,04 10 0,075
30 0,03 8 __ 0,065
40 5 14 0,02 зо 16 —ч 0,09 —
0,095
15 6 0,055 5 7
30—35 30 7 0,03 20 8 17
50 12 0,03 — 16 33 •—в
0,035
32. Составы химических растворов для ультразвукового удаления заусенцев
Номер раствора
Компонент 1 2 3 4 5 6 7
Ангидрид хромовый технический, г — — 300 — — — I**—
Вода питьевая, мл 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
Кислота азотная тех- ническая (плот- ность 1,4), мл 30—60 — — 20,0 —
Кислота ортофос- форная термическая (плотность 1,69), мл —• *—в 100 — — •“В
Кислота лимонная, г — »» — — 40— 100
Кислота серная тех- ническая (плотность 1,84), мл — 20-50 50 200 — №.
250 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Продолжение табл 32
Компонент Номер раствора
1 2 3 4 5 6 7
Кислота соляная техническая (плот- ность 1,19), мл Натр, г: — 25—30 *— — — — —
едкий технический мм —— 100 Я-— —
хлористый м — 20 я— >— —
Кислота щавелевая, г —* —_ Ьм — 50—60
Пергидроль меди- цинский (31%), г — —1 —* — 15 — 60 60—70
Олово сернокислое закисное, г — 0,5 —1,0 — — —
ными алмазными зернами, что позволяет значительно повысить произ-
водительность, снизить расход инструмента, увеличить точность об-
работки.
Вырезание сложноконтурных (профильных) деталей подобно рас-
смотренному выше прошиванию (сверлению) и отличается лишь тем,
что инструменту придается в сечении форма вырезаемой детали. Эту
операцию проводят также, как прошивание (сверление), но с помощью
полнопрофильного инструмента либо набором инструментов, соответ-
ствующих частям фигуры.
Преимуществом является то, что использование ультразвука по-
зволяет получать отверстия и полости сложного профиля или вырезать
детали сложного профиля из твердых и хрупких материалов, не под-
дающихся обработке резанием при высокой производительности и
хорошей точности размеров.
Обработка непрофилированным инструментом осуществляется по
рассмотренному выше механизму выкалывания частиц обрабатывае-
мого материала зернами абразива, но инструмент не связан жестко
с акустической системой и не подобен геометрически будущему изделию,
а представляет собой элемент простой формы (стержень, проволока,
шарик). В этой операции формообразующее воздействие абразивной
суспензии на поверхность заготовки достигается вводом в среду ультра-
звуковых колебаний через непрерывно перемещающуюся проволоку,
движущуюся по заданной траектории или через свободно насыпанные
в обрабатываемое отверстие металлические шарики.
Эффективность обработки заключается в повышении производи-
тельности сложноконтурной обработки твердых и хрупких материалов,
что достигается с использованием более простого и дешевого инстру-
мента.
Гравирование. Диспергирующее воздействие суспензии абразив-
ных частиц, колеблющихся с ультразвуковой частотой, на поверхность
заготовки может быть локализовано на любом участке поверхности
приданием соответствующей формы (гравюры) торцу инструмента либо
с помощью шаблонов или местной защиты покрытиями. Это позволяет
получать любые изображения (знаки, клейма, рисунки) в виде соответ-
ствующего рельефа (прямого или обратного) на поверхности заготовки,
в участках, подвергшихся ударам абразивных частиц.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
251
Рис. 21. Схема установки
УЗВД-8М для снятия зау-
сенцев:
1 — пульт управления; 2 —
кожух; 3 — пневмоцилиндр;
4 — панель пневмоаппара-
туры; 5 — блок магнит-
ных усилителей; 6 — блок
микропереключателей; 7 —
червячная передача; 8 —
левая электромагнитная
муфта; 9, 19 — вал; 10 —
электродвигатель; 11 — раз-
брызгиватель; 12 — рабочая
ванна; 13 — щеточное ус-
тройство; 14 — штанга;
15 — разгрузочная емкость;
16, 17 — крышка; 18 —
корпус
Для выполнения гра-
вирования колеблющийся
с ультразвуковой часто-
той волновод-инструмент,
несущий на торце грави-
руемое изображение (в не-
гативном исполнении),
приводят в контакт с по-
верхностью заготовки при
небольшом давлении при-
жима в среде абразивной
2
11 12 13
суспензии, либо на поверхность заготовки накладывают тонкий
шаблон с вырезами по контуру к изображения. В результате про-
ведения операции значительно упрощается и облегчается нанесе-
ние знаков, клейм,рисунков, меток шкал и т. п. на поверхности
хрупких и твердых материалов. Возможно копирование готовых изде-
лий со сложным рисунком.
Виброотделка поверхностей. При помещении обрабатываемых
деталей (заготовок) в массу суспензии или сухих абразивных зерен,
приводимых в колебательное движение ультразвуковым излучением,
достаточной мощности, в аппара-
тах с избыточным давлением воз-
духа происходит чистовая отделка
поверхности за счет механического
(диспергирующего) воздействия со-
ударяющихся с ней зерен абразива.
Ультразвуковую виброотделку
проводят в камерах с избыточ-
ным давлением сжатого воздуха,
в которых создается мощный
Рис. 22. График уменьшения высоты
заусенца б в зависимости от концентра-
ции абразивных частиц (С):
1 — глицерин; 2 — водб- глицерии (I ;
; 1); 3 — вода
252 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 23 График умень-
шения высоты заусенца
h в зависимости от вре-
мени обработки t при раз-
личных расстояниях от
излучателя
акустический поток, перемещающий содержимое камеры. В рабочую
смесь вводят ультразвуковые колебания. При виброотделке значительно
повышается производительность обработки мелких прецизионных
деталей.
Удаление заусенцев, грата, облоя с мелких деталей. Удаление
(отламывание) заусенцев производится механическим действием кави-
тационных процессов и ударов абразивных зерен, которое создается
при помещении деталей в озвучиваемую среду абразивной суспензии
(кавитационно-абразивная эрозия).
Схема установки для проведения операции показана на рис. 21.
Процесс резко интенсифицируется, если в сосуде (камере) создать
избыточное статическое давление рСт == 0,44-0,6 МПа, соблюдая усло-
вие Рст/Рзв = 0,44-0,5, где рзв — амплитудное значение ультразву-
кового давления.
Ультразвуковое снятие заусенцев проводят в камерах с повышен-
ным давлением, заполненных абразивной суспензией, при вводе в них
(обычно через дно или стенки) ультразвуковых колебаний оптималь-
ной частоты и мощности (обычно 18—20 кГц при мощности несколько
ватт на квадратный сантиметр).
Рис. 24. График уменьшения высоты
заусенца h в зависимости от времени
обработки t при различных положениях;
I — детали вне зон кавитации; 2 —
детали в зоне / кавитации; 3 — детали
в зоне II кавитации; 4 свободно дви-
жущиеся детали
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
253
Обрабатываемые детали должны находиться в среде суспензии во
взвешенном состоянии, что достигается, если отношение массы детали
к площади ее поверхности не превышает 510-3 г/мм2.
В результате выполнения операции значительно повышается про-
изводительность при сохранении формы и точности размеров детали,
а также улучшается качество поверхности обрабатываемых деталей
(рис. 22—24).
СОЕДИНЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ
С ПОМОЩЬЮ АКУСТИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
Ультразвуковые колебания, введенные в границу раздела различ-
ных тел (твердое—твердое, твердое—жидкое), способны приводить
к образованию неразъемного соединения соприкасающихся поверхно-
стей. В случае контакта поверхностей твердых тел соединение (схваты-
вание) происходит без их расплавления. В зависимости от физических
особенностей и химической природы соединяемых материалов механизм
процессов, происходящих при схватывании, может быть различным
Рис. 25, Операции соединения материалов с использованием УЗК
254 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
33. Оборудование для ультразвуковой пайки и металлизации
Тип оборудо- вания Модель Частота, кГц Мощность, Вт Габаритные размеры, мм
паяль- ника (ванны) нагрева- теля
Паяльник УП-21 23 — 26 30 • 70 — 120 260X230X 45
УЗП-1 22 250 —• 370 X 170X50
УЗУП-2 23 — 28 40 70—120 280Х40Х 150
Ванна УП-40 22 500 1000 430Х 360Х 220
УЗВА-1 18 — 25 500 300 360Х 360Х 480
УЗВЛ-1 18 — 25 500 300 360X 360X480
УЗУЛ-1М 23 — 25 200 250—350 200X300X250
УВЛ-4 18 300 1000 309X367 X360
УЗП2-0.025 44 10 35 255 X 57 X 152
34. Результаты металлизации
Металлизируемая подложка Материал покрытия э/w ‘eoi -л w ‘s01 -9 ос, градусы Прочность на разрыв о-10~7, Па
Титановый сплав 2,5 1,5. 0,20 30 3,7 *1
ВТ5-1 3,2 *2
Алюминиевый сплав 3,2 1,5 0,15 40 9,4
АМгб
Керамика:
ТБ Сплав 2,5 2,0 0,30 40 2,2
ТБК-3 Sn — Zn 2,5 2,0 0,30 40 2,0
НБС-1 2,5 1,8 0,25 30 1,4
ЦТС-19 3,0 2,0 0,30 35 2,5
ЦТС-23 2,5 2,0 0,30 35 2,1
ЦТБС-3 3,0 1,8 0,25 30 2,0
Полимер:
МС Н Сплав 1,9 2,0 0,18 20 1,4
САМ Bi —РЬ —Cd 1,7 1,8 0,15 20 1,4
ПС СУ 2,0 2,0 0,20 20 1,2
СТАН 2,2 2,0 0,15 25 0,9
обработка
Травление поверхности и гидропескоструйная
*° Гидропескоструйная обработка поверхности.
в зависимости от преобладающих факторов. Во всех случаях основную
роль играет возникновение повышенной пластичности и текучести
материала контактирующих поверхностей, диффузионное сростание
или механическое взаимопроникновение материала поверхностей, их
химическая активация.
На рис. 25 указаны основные технологические операции соедине-
ния материалов, выполняемые с помощью энергии ультразвуковых ко-
лебаний. В табл. 33—35 приведены данные об условиях и результатах
практического выполнения этих операций.
35. Припои, используемые при ультразвуковой пайке и металлизации
Условное обозначение Химический состав, % Темпера- турный интервал кристал- лизации, °C Плот- ность, г/см3
Sn Pb Cd Bi Ag In Zn
ПОСВЗЗ 32,4-^34,4 32,3—34,3 . 32,3—34,3 120—130 9,3
ПОСВ50 24,5 — 25,5 24,5 — 25,5 — 49,0—51,0 — — 90—92 9,4
Сплав Вуда 12,0—13,0 24,5 — 25,5 12,0—13,0 49,0 — 51,0 — 66—70 9,5
Bi — Pb —Cd —— 40,2 8,15 51,65 — — 91,5 9,4
ПОСИЗО 41—43 27 — 29 — — 29 — 31 —— 117 — 200 8,4
ПСрЗИ97 — — 2,5—3,5 96,5—97,5 — 141 7,4
П300А — 39,0—41,0 — — 59,0—61,0 266—310 7,7
П250А 79,0—81,0 — — to— 19,0 — 21,0 200—250 7,3
П200А 89,0—91,0 — — Й— 9,0—11,0 199 — 210 7,3
П170А 78,0 — 80,0 19,0—21,0 — 0,9—1,1 — — 170—175 7,6
П150А 37,5 — 39,5 — 56,7 — 58,7 — — — 2,8 —4,8 150—165 8,0
36. Зависимость прочности соединений от режима сварки
А, мкм Р, Н /, с Наконеч- ник Радиус с нако- нечника, мм Число испыта- ний со- единений Разрушающая нагрузка, Н Пластич- ность соединений Ротр/Рср’ % Стабильность прочности по 95% соединений, %
на срез Рср на отрыв р отр
26-28 1650 3,0 Сфериче- ский 20 — 2100 420 20 —
18-20 1000 3,0 10 4 2200 660 30 ±10
16 2500 3,0 15 200 2300 700 30 ±15
16 3000 1,5 75 — 2800 560— 1 1 20 20 — 40 ±5
12 4400 1,2 Плоский 2а = 6 10 000 2800 1400—1700 50 — 60 ±5
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
256 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 26. Схемы ультразвуковой сварки:
а — с тангенциальным вводом колебаний; б, в — с продольно-поперечной
и шовной системой волноводов: / — заготовка; 2 — сварочный выступ; 3 —
преобразователь; 4 — опора; 5 — поперечный волновод; 6 — продольный вол-
новод
Рис. 27. Кинематические схемы ультразвуковой сварки:
а— продольная точечная; б — продольно-поперечная; в — шовная, резонанс-
ным роликом; г — шовная ленточных материалов; д — контурным инстру-
ментом; 1 — преобразователь; 2 — основной концентратор; 3 — сменный кон-
центратор; 4 — свариваемые детали; 5 — опора; 6 — сварочный инструмент;
7 — резонансный ролик; 8 — вращающийся опорный ролик; 9 <— полый
инструмент; 10 — полая опора
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
257
Рис. 28. Сварочное устройство ультра-
звуковой машины МТУ-0,4; модифи-
кация для сварки металлов:
/—консоль; 2— пневмопривод; 3 —
шток; 4 —сварочный наконечник; 5 —
буртик крепления; 6 — каретка; 7 —
колебательная система; 8 — шток;
9 — полуволновой концентратор ноже-
вого типа
Сварка металлов. Ввод ультра-
звуковых колебаний в границу раз-
дела двух металлических поверх-
ностей, прижатых друг к другу
под действием статического давле-
ния, приводит через короткий про-
межуток времени к их неразъем-
ному соединению металлургичес-
кого типа — сварке.
Образование соединения — ре-
зультат совместного действия раз-
личных процессов, соотношение ко-
торых в конкретных условиях раз-
лично. Преобладающими являются
пластическое деформирование шероховатостей и обнажение чистого
металла, диффузионные процессы; механическое схватывание; неко-
торое повышение температуры в зоне контакта.
Ультразвуковую сварку металлов проводят по различным схемам
(рис. 26, 27) с использованием продольных (чаще) изгибных или кру-
тильных (реже) колебаний.
При сварке ультразвуковые колебания вводят в зону контакта
свариваемых заготовок или деталей с помощью волновода-инструмента,
расположенного обычно перпендикулярно к поверхности раздела
(рис. 28). Заготовки сжаты статическим давлением. Процесс проводят
в заданном режиме, параметры которого (частота, удельная мощность
колебаний, длительность, усилие сжатия) контролируют.
Пределы рабочих частот, в которых процесс практически реали-
зуется, 18—85 кГц. Амплитуда — от единиц до нескольких десятков
микрометров.
Ультразвуковая сварка особенно эффективна для соединения ли-
стовых металлов малых толщин (от нескольких микрометров до не-
скольких миллиметров) и для приварки тонких деталей к массивным.
Ее преимуществами являются отсутствие нагрева и структурных изме-
нений соединяемых поверхностей, возможность соединять различные
металлы без предварительной тщательной очистки поверхностей. Этот
способ значительно расширяет число сочетаний металлов и сплавов,
соединяемых неразъемно. Структура и свойства свариваемых поверх-
ностей, даже в зоне контакта, не претерпевают физических или хими-
ческих изменений. Не требуется защиты при сварке легкоокисляю-
щихся металлов. Устраняется образование интерметаллических соеди-
нений.
Сварка термопластичных полимеров. Механизм процесса по усло-
виям осуществления в основном аналогичен сварке металлов, но пре-
обладающими являются теплофизические процессы — выделение тепла
9 Попилов л. я.
258 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
трения в зоне контакта, размягчение контактирующих поверхностей,
ускоренные диффузионные процессы, адгезионное схватывание, пере-
мешивание вязкотекучих полиэфирных материалов, иногда химические
процессы.
Условия проведения сварки полимеров, в принципе, подобны
условиям сварки металлов, но при измененных параметрах режима
и некоторых конструктивных изменениях оборудования. В ряде слу-
чаев колебания инструмента могут быть ориентированы под углом
к поверхности детали. Возможна сварка при удалении торна инстру-
мента от места сварки (передаточная сварка). Рабочая частота при
сварке полимеров 18—44 кГц.
Эффективность сварки полимеров основывается на возможности
получения достаточно прочного соединения (50—70 % от прочности
основного материала) без изменений свойств и структуры материала
в зоне сварки. Процесс можно механизировать, автоматизировать и
повторять на любом числе изделий. Технологические возможности
сварки термопластов расширяются.
Комбинированная сварка. Процесс получения неразъемного соеди-
нения разнородных по природе материалов (металлов с неметаллами)
при вводе ультразвуковых колебаний в зону раздела сжатых под дей-
ствием статического давления поверхностей. Процесс основан на ис-
пользовании явлений, упомянутых выше.
Комбинированная сварка практически проходит аналогично дру-
гим видам ультразвуковой сварки. Ее эффективность, в первую оче-
редь, определяется тем, что расширяется круг материалов, неразъемно
соединяемых между собой, и создается возможность механизации и
автоматизации процесса.
Микросварка. Это ультразвуковая сварка элементов микроэлек-
троники, протекающая, в принципе, аналогично другим видам ультра-
звуковой сварки при некоторых конструктивных и технологических
ограничениях, учитывающих специфику свариваемых объектов.
При микросварке ультразвуковые колебания вводят через специа-
лизированный волновод-инструмент в зону контакта соединяемых
поверхностей, находящихся под заданным давлением. Привари-
ваемый проводник обычно вводят через отверстие в волноводе-ин-
струменте.
В результате микросварки достигаются более высокие качество
и надежность соединений, чем при других способах макросварки, так
как отсутствует тепловое и механическое влияние на материал соеди-
няемых деталей. Соединяемые поверхности не окисляются. Облегчается
механизация и автоматизация процесса. Расширяется круг материалов,
соединяемых сваркой.
Пайка припоями. Ультразвуковые колебания, вводимые в рас-
плавленный припой, находящийся на поверхности соединяемых пай-
кой деталей, разрушают окисные пленки на поверхности металла,
улучшают смачивание ее жидким припоем и затекание в капиллярные
углубления, способствуют дегазации расплава, приводя в конечном
счете к ускорению операции и улучшению качества соединения.
Возникающая при действии ультразвука в жидком припое кави-
тация способствует разрушению окисных пленок, а акустические те-
чения уносят частицы окислов и загрязнений и перемешивают металл
в зоне контакта. Обнажающийся чистый металл легко смачивается
припоем.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
259
Рис. 29. Схема ультразвуковой пай-
ки встык (а) и пайки внахлестку (6):
1 — соединяемые детали; 2 — при-
пой; 3 — инструмент (С — за-
зор)
а) б) в)
Рис. 30. Форма рабочей части
ультразвуковых инструментов
для пайки и лужения:
а — цилиндрическая; б — кли-
новидная; в — в форме лопатки
Ультразвуковые колебания обычно вводят в припой через нагретый
наконечник (жало) паяльника, совмещая их действие с основной опе-
рацией — расплавлением припоя и распределением его по* соединяе-
мым поверхностям (рис. 29—31).
Факторами, влияющими на протекание процесса пайки, являются
интенсивность колебаний, скорость перемещения жала паяльника,
размеры зазора между жалом и поверхностью детали.
Эффективность пайки определяется тем, что ультразвук ускоряет
операцию, позволяет проводить пайку легкоокисляющихся металлов
без специальных флюсов, улучшает адгезию припоя и прочность соз-
даваемого соединения. Облегчается всплывание шлака и окислов, сле-
довательно, улучшается качество металла.
Покрытия металлами из расплавов (металлизация). Ультразвуко-
вые колебания, вводимые в металлический расплав, в который погру-
жено твердое тело, резко интенсифицируют диффузию расплава в по-
верхность этого тела, способствуют ее очистке от окислов и улучшению
смачивания, приводят к образованию соединения расплавленного
металла с поверхностью, сохраняющего прочность после охлаждения.
Для металлизации ультразвуковые колебания подводят к слою
расплава на металлизируемой поверхности через волновод-инструмент
типа паяльника или вводят в расплав через дно или стенки ванны,
в которой находится металлизируемый объект. Особенно эффективна
металлизация при необходимости нанесения металлических покрытий
на легкоокисляющиеся металлы (алюминий, титан).
Процесс покрытия, например алитирование, ускоряется в десятки
раз. Расширяется круг сочетаний металлов. Не требуется предвари-
тельная химическая очистка от окислов и флюсования.
Металлизация неметаллов. Воздействие ультразвуковых колебаний
на металлический расплав, контактирующий с поверхностью неметал-
лического материала (керамики, стекла, ферритов, полимеров), при-
водит к физическим и химическим взаимодействиям между ними, про-
являющимся в образовании переходных фаз, обеспечивающих высокую
адгезию металла к металлизируемой поверхности.
Ультразвуковые колебания вводят в зону контакта металлизируе-
мого материала с расплавом через нагретый инструмент типа паяль-
ника, либо вводят в ванну с расплавом металла, в который погружают
металлизируемую деталь, и т. д.
Во всех случаях металлизация неметаллов позволяет получать
прочные соединения металла с неметаллическими материалами (стеклом,
9*
260 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 32. Схемы ультразвукового
лужения:
1 — магнитострикционный пре-
образователь; 2 — волновод;
3 — ванна; 4 — нагреватель;
5 — расплавленный припой
Направление
колебаний.
стержня
Рис. 31. Схема ультразвуковой пайки:
1 — окисная пленка; 2 — расплавленный
припой: 3 — стержень паяльника: 4 —
место контакта расплавленного припоя
с чистым металлом; 5 — смесь припоя
с чистым металлом; 6 — затвердевший
припой; 7 — остатки окислов на поверх-
ности припоя; 8 — чистый металл
керамикой, фарфором и т. п.), трудно
осуществимые другими способами.
Качество соединения выше, а струк-
турные изменения в материале меньше, чем при других видах
металлизации. Облегчается механизация и автоматизация про-
цесса.
Лужение металлов. Это частный случай металлизации, в котором
используется легкоплавкий расплав (например, олово и его сплавы).
Процесс смачивания металлической поверхности расплавленным более
легкоплавким металлом значительно интенсифицируется под воздей-
ствием ультразвуковых колебаний. Кавитационные явления вызывают
разрушение окисных пленок, очищают и активируют поверхность,
улучшая смачивание ее жидким металлом (припоем) и улучшая адгезию.
При лужении ультразвуковые колебания вводят обычно через
дно или стенки ванны в расплавленный металл (припой), в который
погружают на заданное время детали (рис. 32).
Ультразвук позволяет повысить производительность операции,
улучшает адгезию наносимого металла.
Получение биметаллов. При введении ультразвуковых колебаний
в зону контакта поверхностей соединяемых заготовок из разнородных
металлов ускоряются пластическое деформирование неровностей ше-
роховатой поверхности и разрушение окисных пленок, ускоряются
диффузионные процессы, улучшается схватывание. Протекающие яв-
ления аналогичны явлениям при ультразвуковой сварке.
Операции выполняют в разном конструктивном оформлении со-
образно конкретным условиям, но всегда с учетом необходимости ввода
ультразвуковых колебаний в границу раздела соединяемых заготовок.
Эффективность операции заключается в ускорении процесса, повыше-
нии качества получаемого биметалла.
Спекание металлических порошков. При введении ультразвуковых
колебаний в массу порошка в процессе спекания при 'повышенной
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
261
температуре ускоряются диффузионные процессы и улучшаются свой-
ства готового изделия.
Ультразвуковые колебания вводят с помощью соответствующих
волноводов в массу спекаемых заготовок во время их нахождения под
действием высокой температуры. Эффективность операции в основном
обусловлена тем, что значительно ускоряется процесс спекания разно-
родных материалов..
Спекание полимерных порошков. При одновременном воздействии
сжимающих усилий и ультразвуковой вибрации порошки полимерных
материалов (термопластичных и термореактивных) быстро соединяются
в монолитное изделие (заготовку). При этом не требуется подвода тепла
извне. Ультразвук способствует объединению нитевидных макромоле-
кул в более крупные агрегаты. Операция проводится в специальной
оснастке, позволяющей предварительно либо одновременно с вводом
ультразвуковых колебаний механически снимать полимерный порошок
в форме до необходимого объема. В результате ускоряется процесс
и улучшается качество конечного продукта. При этом нет необходи-
мости нагревать материалы и применять громоздкую и сложную осна-
стку.
Неразъемное соединение полимерных деталей. Различные опера-
ции посадки и закрепления пластмассовых деталей в узлах машин и
приборов (например, кольца клапанов) ускоряются и упрощаются при
наложении ультразвуковых колебаний. Повышается прочность соеди-
нения.
В зависимости от конкретных условий операцию проводят с уче-
том необходимости подвода ультразвуковых колебаний в массу соби-
раемых деталей. При этом ускоряется процесс и улучшается качество
сборки сложных деталей.
Склеивание деталей. Ультразвуковые колебания, вводимые в зону
склеивания, интенсифицируют протекающие физико-химические про-
цессы, облегчают проникновение клея в капилляры и поры склеивае-
мых поверхностей, улучшают смачивание и адгезию, активируют
склеиваемые поверхности, повышая адгезию клея к ним.
Ультразвуковые колебания вводят через массу соединяемых дета-
лей или через дополнительную оснастку в зависимости от конкретных
условий.
Основная эффективность операции заключается в ускорении про-
цесса склеивания и повышении прочности клеевого соединения.
. тарифно-квалификационные характеристики
ОПЕРАТОРОВ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ УСТАНОВОК ПО ЕТКС
2-й разряд
Характеристика работ. Ультразвуковая очистка в специальных
ваннах и установках простых малогабаритных деталей и изделий от
окалины, коррозии, шлаков и противокоррозионного покрытия с при-
менением моющих растворов. Ультразвуковая обработка на налажен-
ных станках цилиндрических и фасонных отверстий по 5—7-му клас-
сам точности и удаление из деталей и изделий сломанного инстру-
мента (метчиков, сверл).
Должен знать: устройство ванн и принцип работы однотипных
ультразвуковых генераторов и станков; элементарные сведения по
262 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
электротехнике и химии в пределах выполняемой работы; правила
поддержания установленного режима работы генератора; наименова-
ние и назначение применяемых моющих растворов; наименование,
назначение и правила применения наиболее распространенных спе-
циальных приспособлений; устройство простого и средней сложности
контрольно-измерительного инструмента и приборов; основные сведе-
ния о допусках и посадках; классах точности и чистоты обработки.
3-й разряд
Характеристика работ. Ультразвуковая очистка в специальных
ваннах и установках сложных, крупногабаритных деталей и изделий,
обезжиривание труб, деталей и изделий. Приготовление обезжирива-
ющего раствора определенной консистенции. Ультразвуковая обработка
поверхностей фасонных полостей и отверстий по 4-му классу точности
с установлением последовательности переходов и режимов обработки
по технологической карте или указанию мастера (наладчика) и исполь-
зованием несложной универсальной и специальной оснастки для уста-
новки и выверки обрабатываемых изделий и электрода-инструмента.
Должен знать: устройство однотипных ультразвуковых станков
и установок; устройство и правила применения универсальных и спе-
циальных приспособлений; назначение и правила применения слож-
ного контрольно-измерительного инструмента и приборов; основные
сведения по электротехнике и химии в пределах выполняемой работы;
допуски и посадки, классы точности и чистоты обработки; процесс обез-
жиривания.
4-й разряд
Характеристика работ. Ультразвуковая обработка поверхностей
полостей и отверстий прецизионных деталей по 3-му классу точности на
однотипных станках и установках с выверкой обрабатываемых деталей
и электродов-инструментов. Сверление координированных отверстий
при вращении изделий или инструмента с применением отсоса или про-
качки абразивных суспензий. Наладка однотипных станков, установок
и генераторов по технологической и инструкционной карте и паспорту
станка. Проверка и регулирование амплитуды колебаний иголок про-
мывочного ерша методом измерений под микроскопом с точностью до
1—2 мк. Ультразвуковая очистка в специальных ваннах и установках
особо сложных и ответственных деталей, а также микродеталей.
Должен знать: устройство, кинематические схемы, правила на-
ладки и проверки на точность обслуживаемых однотипных станков
и установок; конструктивные особенности и правила применения уни-
версальных и специальных приспособлений; устройство сложных
контрольно-измерительных инструментов и приборов; условия при-
менения микронной сетки при измерении микроскопом; основные
сведения по кристаллографии монокристаллов в объеме выполняемых
работ; правила установки и выверки деталей и инструментов с исполь-
зованием универсальной и специальной оснастки; методы расчета раз-
меров электродов-инструментов; систему допусков и посадок, классы
точности и чистоты обработки.
5-й разряд
Характеристика работ. Ультразвуковая обработка круглых, фа-
сонных, многогранных и ступенчатых отверстий, наружных и вну-
тренних сложных криволинейных поверхностей ответственных деталей
по 2-му классу точности на станках различных типов. Сверление ко-
ординированных отверстий на большую глубину с двух сторон до совпа-
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ОБРАБОТКА
263
дения при вращении изделий или инструмента с применением отсоса
или прокачки абразивных суспензий. Наладка станков и установок
различных типов. Ультразвуковая очистка сложных и особо сложных
деталей с труднодоступными для очистки местами, требующих приме-
нения и изготовления специальных приспособлений.
Должен знать: конструктивные особенности, кинематические схемы
и способы наладки и проверки на точность обслуживаемых станков
и установок различных типов; способы установки, крепления и вы-
верки сложных ответственных деталей; правила наладки и регули-
рования сложного контрольно-измерительного инструмента и прибо-
ров; правила выбора абразивных материалов в зависимости от марки
обрабатываемого материала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамов О. В. Кристаллизация металлов в ультразвуковом
поле. М.: Металлургия, 1972. 256 с.
2. Ультразвук в гидрометаллургии/Б. А. Агранат, О. Д. Кири-
лов, Н. А. Преображенский и др. М.: Металлургия, 1969. 302 с.
3. Аренков А. Б. Ультразвуковая интенсификация технологи-
ческих процессов. — В кн.: Ультразвуковая обработка материалов.
(Б-ка электротехнолога). Л.: Машиностроение, вып. 4, 1971, с. 71—165.
4. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике.
М.: Изд-во иностр, лит., 1967. 726 с.
5. Биронт В. С. Применение ультразвука при термической об-
работке металлов. М.: Металлургия, 1977. 107 с.
6. Бронин Ф. А., Чернов А. П. Удаление заусенцев и дисперги-
рование порошковых материалов при воздействии ультразвука.
М.: Машиностроение, 1978. 55 с.
7. Вероман В. Ю. Ультразвуковая размерная обработка материа-
лов. — В кн.: Ультразвуковая обработка материалов. (Б-ка электро-
технолога). Л.: Машиностроение, вып. 4, 1971, с. 3—70.
8. Волков С. С., Орлов Ю. Н., Черняк Б. Я. Сварка пластмасс
ультразвуком. М.: Химия, 1974. 264 с.
9. Волосатое В. А. Работа на ультразвуковых станках. М.:
Высшая школа, 1979. 191 с.
10. Гершгал Д. А., Фридман В. М. Ультразвуковая технологиче-
ская аппаратура. М.: Энергия, 1976. 320 с.
11. Глозман И. А. Пьезокерамика. М.: Энергия, 1972. 288 с.
12. Донской А. В., Келлер О. К., Кратыш Г. С. Ультразвуковые
электротехнологические установки. Л.: Энергия, 1968. 276 с.
13. Источники мощного ультразвука/Под ред. Л. Д. Розенберга.
М.: Наука, 1967. 380 с.
14. Кардашев Г. А., Михайлов П. Е. Тепломассообменные аку-
стические процессы и аппараты. М.: Машиностроение, 1973. 233 с.
15. Келлер О. К. Ультразвуковые генераторы на транзисторах
и тиристорах. М.: Машиностроение, 1978. 46 с.
16. Келлер О. К. Ультразвуковая очистка. Л.: Машинострое-
ние, 1977. 184 с.
17. Марков А. И. Ультразвуковая обработка материалов. М.:
Машиностроение, 1980. 237 с.
18. Марков А. И., Ивкин Е. И., Устинов И. Д. Ультразвуковое
сверление и фрезерование твердых неметаллических материалов ал-
264 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
мазным инструментом. — Станки и инструмент, 1977, № 9,
с. 33—35.
19. Марков А. И., Устинов И. Д. Ультразвуковое алмазное вы-
глаживание деталей и режущего инструмента. Мл Машиностроение,
1979. 54 с.
20. Матаушек И. Ультразвуковая техника/Пер. с нем. Мл Метал-
лургия, 1962. 510 с.
21. Мицкевич А. М., Пугачев С. И. Ультразвуковая сварка и
металлизация. Мл Машиностроение, 1979. 57 с.
22. Муханов И. И. Импульсная упрочняюще-чистовая обработка
деталей машин ультразвуковым инструментом. М.: Машиностроение,
1978. 44 с.
23. Муслимов И. С., Кардашев Г. А. Измерение и контроль пара-
метров ультразвука. М.: Машиностроение, 1970. 54 с.
24. Новицкий Б. Г. Применение акустических колебаний для ин-
тенсификации процессов химической технологии. Мл Машинострое-
ние, 1978. 56 с.
25. Новые пьезоактивные материалы и их применение в акустике:
Материалы к семинару. Л.: ЛДНТП, 1975. 90 с.
26. Новые пьезоактивные материалы и их применение в ультра-
звуковой технике: Материалы к семинару. Л.: ЛДНТП, 1979. 86 с.
27. Попилов Л. Я. Ультразвуковая обработка. — В кн.: Справоч-
ник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материа-
лов. Л.: Машиностроение, 1971, с. 479—527.
28. Применение ультразвука в промышленности/Под ред.
А. И. Маркова. М.: Машиностроение, 1975. 240 с.
29. Северденко В. П., Клубович В. В., Степаненко А. В. Обработка
металлов давлением с ультразвуком. Минск: Наука и техника, 1973.
286 с.
30. Северденко В. П., Пащенко В. С., Кособуцкий Б. С. Листовая
штамповка с ультразвуком. Минск: Наука и техника, 1975. 192 с.
31. Тезисы докладов 4-й Всесоюзной научно-технической кон-
ференции по ультразвуковым методам интенсификаций технологиче-
ских процессов. Мл Моск, ин-т стали и сплавов, 1979. Ч. I 115 с;
ч. II НО с.
32. Теумин И. И. Ультразвуковые колебательные системы. М.:
Машгиз, 1959. 331 с.
33. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Мл Советская энцикло-
педия, 1979. 300 с.
34. Ультразвуковая технология/Под ред. Б. А. Аграната. Мл
Металлургия, 1974. 504 с.
35. Ультразвуковая обработка. — В кн.: Новое в электрофизиче-
ческой и электрохимической обработке материалов. Л.: Машинострое-
ние, 1972, с. 227—247.
36. Установки для ультразвуковой очистки: Обзорная информа-
ция. Серия ТС-16. М.: Информэлектро, 1978. 36 с.
37. Физические основы ультразвуковой технологии/Под ред.
Л. Д. Розенберга. Мл Наука, 1970. 686 с.
38. Формирование отливок под воздействием давления, вибрации,
ультразвука и электромагнитных сил: Обзор. Мл НИИмаш, 1977.
54 с.
39. Фридман В. М. Ультразвуковая химическая аппаратура.
Мл Машиностроение, 1967. 212 с.
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
265
40. Холопов Ю. В. Ультразвуковая сварка. Л.: Машиностроение,
1972. 150 с.
41. Хорбенко И. Г. Ультразвук в машиностроении. Изд. 2. М.:
Машиностроение, 1974. 280 с.
42. Хорбенко И. Г. В мире неслышимых звуков. М.: Машинострое-
ние, 1971. 247 с.
Глава 13.
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Метод электрогидравлической обработки (ЭГО) основан на исполь-
зовании ударной волны в жидкости, возникающей вокруг канала вы-
соковольтного импульсного разряда в жидкой среде (электрогидравли-
ческий эффект). Принципиальная схема получения электрогидравли-
ческого эффекта показана на рис. 1.
При возникновении высоковольтного импульсного разряда малой
длительности и с крутым фронтом между погруженными в жидкость
электродами вокруг канала разряда возникает импульсная ударная
волна, создающая также импульсные высокие давления в некотором
объеме жидкости. Эти импульсные давления применяют для выполне-
ния разнообразных технологических операций (рис. 2).
Значение и длительность существования импульсного давления
определяется мощностью, крутизной и длительностью разрядного
импульса и соответственно параметрами электрической схемы, а также
свойствами рабочей жидкости (рис. 3, 4).
В качестве среды обычно используют техническую воду. Электри-
ческая энергия накапливается в конденсаторе, заряженном от высоко-
вольтного выпрямителя. В зависимости от технологического назначе-
ния установки энергия конденсатора колеблется от нескольких джоу-
лей (в медицинских установках) до 10—30 кДж (в установках для
штамповки). Напряжение заряда конденсатора 30—40 кВ. Длитель-
ность электрического разряда 10—40 мкс. Мгновенная мощность,
выделяемая при разряде, 200 МВт. Емкость конденсаторов находится
в пределах от 10 до 1500 мкФ. Ток в импульсе 15—50 кА. Связь между
указанными параметрами определяется в общем виде известными за-
висимостями.
Энергия заряда батареи конденсаторов
р _ си*
£за₽ — 2 9
где С — емкость батареи конденсаторов; U — напряжение на батарее
конденсаторов.
Энергия разряда
р _______________________ р
п раз — По ^зар»
^эр
где Ra — сопротивление искрового промежутка; 7?эр — полное со-
противление разрядной цепи: /?эр = Rt-\- Rai где Ri — внешнее
сопротивление цепи.
Рис, 2. Основные области использования электрогидравлического эффекта
Дробление и измельчение горных пород,
минералов, алмазов, стекла и других
хрупких материалов
Получение суспензий и коллоидных
растворов
Удаление литейного пригара с отливок
Все операции обработки давлением и формо-
образования листовых материалов (штампова-
ние, вытяжка, гибка, отбортовка и др.)
Развальцовка труб и запрессовка их
в трубных досках
Калибровка трубчатых деталей
Импульсное формообразование объемных
деталей (ковка, чеканка)
Наклеп поверхности металлически!
деталей и изделий
Распыление или струйный (импульсный)
выброс жидкостей
Создание импульсно-ударных струйных
установок для резки, очистки и т.п.
Приведение в действие гидравлических
устройств
p- i и^ридипамичгх’
диспергирование Деформационная обработка кие воздействия
твердых, хрупких пластических материалов технологического
материалов назначения
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
267
Рис.3. Принципиальная схе-
ма емкостного накопления
энергии и потребителя (на-
грузки) импульсного раз-
ряда:
а — электрические величины
конденсатора до его при-
соединительных зажимов;
б — электрические вели-
чины внешнего разрядного
контура
Рис. 4. Принципиальные схемы по-
лучения электрогидравлического
эффекта:
а — резонансная схема на перемен-
ном токе; б — то же, с питанием
через автотрансформатор АТр и с
механическим разрядником; в —
питание постоянным током без
фильтра, с ограничивающим сопро-
тивлением в сетевой цепи; г — то
же, с ограничивающей емкостью в
сетевой цепи; д — с фильтром в за-
рядной цепи; е — с двумя электро-
дами; ж — с дополнительным (отсе-
кающим) вентилем в цепи заряда;
Тр — трансформатор повышающий;
В — выпрямитель; R — сопротив-
ление в цепи сетевого питания;
Lp — индуктивность с железом
(дроссель); Сф — конденсатор
фильтра; Р — разрядник; АТр —
автотрансформатор сетевого напря-
жения; Сп —• конденсатор рабочий
высоковольтный импульсный; РП—
рабочий промежуток (зона раз-
ряда); Д — двигатель; Со — кон-
денсатор в цепи сетевого питания;
ВГТ — разрядник с механическим
управлением
268 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Рис. 5. Зависимость напряжения пробоя U (а) (С =± const) и емкости батареи
конценсаторов С (ff) (Un = const) от длины разрядного промежутка 6
Средняя 2VCp и импульсная МИмп ~ мощности разряда опреде-
ляются из равенств
л/ __£раз
^ср~ —
где т = 37?эзс;
^имп — /ампл /?эз — ~Б ’
^эз
импульса, мкс; /?эз — эквивалент сопротивле-
где t — длительность
ния зарядного контура; /ампл — амплитудное значение силы тока
в импульсе; U — напряжение (разность потенциалов) на батарее кон-
денсаторов, В.
Характеристиками, имеющими практическое значение для ЭГО,
являются коэффициенты полезного действия.
£
Электрический КПД т)эл = —;-,раз повышается при повышении
^зар
энергии заряда, так как с увеличением емкости конденсаторов умень-
шается общее сопротивление цепи.
КПД давления т]д = , где £д — энергия давления. С изме-
^зар
нением энергии заряда т)д остается практически постоянным.
Геометрический КПД T]s = , где Fдд — поверхность деформи-
Г УВ
руемой детали; ГУв — поверхность сферической ударной волны опре-
деляет, какая часть энергии ударной волны приходится непосред-
ственно на обрабатываемую деталь. Экспериментально установлено,
что обычно i]s == 0, 1.
£
Кинетический КПД т]кин = кин—- , где £1ШИ — кинетическая
£.зарН$
энергия, сообщаемая ударной волной обрабатываемой детали: Еки„ =
1 2
= -у /иуцт» здесь т — масса детали; рцТ — скорость центра тяжести
детали.
Значение т)кин обычно повышается с увеличением массы обрабаты-
ваемой детали.
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
269
Рис. 6. Зависимость акустического КПД (т)а) электрического взрыва в воде
от индуктивности разрядного контура L (а) и от емкости батареи конденсатов
ров С (б) при изменении напряжения зарядки:
1 — U = 30 кВ, б = 40 мм; 2 — U = 22,6 кВ, б = 25 мм; 3 — = 15 кВ,
б = 10 мм; 4 — U — 10 кВ, 6 = 3 мм; аппроксимация — сплошные линии}-
опытные данные — штриховая
0)
лного КПД
для тепло-
ия зарядки
в (а), их
разрядного
1ИЧНОЙ дли-
। электрода:
С —4 мкФ;
м, Х=5 мм:
2 — опыт
ЛдеФ
)—энергия
деформации. ЛдеФ имеет, как
правило, более высокое значение, чемт)кип. При высоких энергиях заряда
иногда наблюдаются деформации в деталях самой установки, что сни-
жает Лдеф- Некоторые зависимости между параметрами разрядного кон-
тура при электрогидравлической обработке представлены на рис. 5—7.
270 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Для практических расчетов расход электроэнергии (в кВт ч)
за импульс определяется зарядной мощностью генератора импульсных
токов (ГИТ):
р 7,2 . 10V
где т) — КПД генератора (25—40 %).
Для кратковременных разрядов, когда нагрев конденсатора прак-
тически не играет роли, мощность (в Вт), выделяемая в прямоуголь-
ном импульсе,
7ct/2
Длительность разряда /р зависит от С и общей индуктивности L
разрядного контура, равной (см. рис. 3) L = Lc + Ц. Отсюда полу-
_ тси2
период t = л VLC и N ---------.
л V LC
Пример. Дано L = 0,01мкГн, С = 0,1 мкФ, £7=10 кВ. Определить
мощность /V:
CU2, 2- • 10"7 • 108 • 108
Лмгтп = 2 ,___ = « 50 МВт.
имп л/Zc л/ю-в-Ю’7 л/10-i
При этом длительность разряда
tp = л VTC ж 10~7с
Энергия, запасенная в конденсаторе, равна 5 Дж.
Разновидностью рассматриваемого метода, используемого при пони-
женном напряжении (1—5 кВ вместо 30—50 и выше) и более длитель-
ных импульсах, является так называемый электровзрывной метод,
или метод теплового взрыва. Он основан на том, что промежуток между
разрядными электродами замыкается тонкой голой металлической про-
волочкой или стержнем (0,1—1 мм), на который нанесен толстый слой
органического покрытия (церезин, полиэтилен и т. п.).
При подаче на электроды импульсного напряжения от заряжен-
ного конденсатора соответствующей мощности происходит мгновенное
испарение проволоки и покрытия (электрический взрыв) с образова-
нием в зоне разряда высоких давлений (103—104 МПа), которые вызы-
вают пластическое деформирование прилежащих участков заготовки.
Диспергирование (дробление и измельчение) твердых и хрупких
материалов производится в электрогидравлических дробилках.
Крупные куски измельчаемого материала загружают в корпус
дробилки, через который непрерывно протекает водопроводная вода.
В нижней ее части установлены разрядные электроды. При подаче
импульсного напряжения на электроды и возникновении разряда
ударное действие образующихся импульсов давления приводит к раз-
рушению и измельчению загруженных кусков. Проточная вода уносит
измельченный материал в классификатор.
На рис. 8 показана одна из конструкций электрогидравлических
дробилок.
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
271
Рис. 8. Электрогидравлическая дро-
билка:
1 — электрод; 2 — сборник; 3 —
выходной штуцер; 4 — нижний ко-
нус; 5 — сетчатое дно; 6 — крепле-
ние; 7 — регулирующий стержень;
8 — уплотнение; 9 — гайка; 10 —
винт; 11 — регулятор
Электрогидравлические дро-
билки обладают высокой про-
изводительностью. Так, напри-
мер, двухэлектродная дробилка
для горного хрусталя измель-
чает в час 250 кг материала (от
кусков размером 200 мм до зерен
мельче 1,2 мм) при следующих
параметрах: установленная мощ-
ность генератора импульсных
токов (Гит) 18 кВА; напряжение
50 кВ; рабочая емкость 0,2 мкФ;
энергия импульса 250 Дж; ча-
стота следования импульсов
34 Гц (17 Гц на каждый элек-
трод); рабочий искровой проме-
жуток 2,2 см; расход воды 1—
1,5 м3/ч.
Диспергирование хрупкого
изводится аналогично дроблению. Технические характеристики уста-
новок, применяемых для этой цели, приведены в табл. 1.
Деформационную обработку пластических материалов (штампова-
ние, выдавливание, вытяжку и другую обработку листовых материа-
лов) производят по различным схемам, например по показанным на
рис. 9, а, б. Давление, возникающее в камере 2 (рис. 9, а), при прохо-
ждении импульсного разряда между электродами 1 передается через
резиновую диафрагму 3 листовой заготовке 4, зажатой по краям при-
жимом 5, и вдавливает заготовку в матрицу 6, придавая ей требуемую
форму. В табл. 2 приведены технические характеристики установок,
используемых для таких операций.
На рис. 9, б показана схема изготовления сферической детали из
конической заготовки 11.
При возникновении импульсного разряда между электродами 6 и 10,
помещенными в воду, налитую внутрь конической заготовки, послед-
Рис. 9. Схемы обработки
давлением с использова-
нием электрогидравличе-
ского эффекта*.
а — формование заготов-
ки в матрице; б — изгото-
вление сферической дета-
ли из конической заго-
товки
1. Технические характеристики электрогидравлических установок для очистки отливок
Параметр Тупиковые установки Проходные установки
36111 3621 А 36131 А 36141А 36211 | 36212 «Искра-30» «Искра-23»
Размеры рабочего пространства, мм Масса отливки (блока), кг Грузоподъемность' т Производительность (средняя), т/ч Расход электроэнергии на 1 т отливок, кВт«ч Площадь, занимаемая установ- кой, м2 Масса установки, кг 1250х800х X 500 До 250 1,25 1,0 25 23 16 000 2000XI200 X X 500 100—1000 3,0 3,0 6,0 45 И 000 3500Х2000Х X 1000 500 — 5000 8,0 4,7 6,0 106 30 000 5600х3000X X 2000 Св. 5000 25,0 6,5 5,0 131 46 000 125ОХШ0Х X 500 До 250 1,25 1,0 25 22 16 000 2000XI250X Х800 100—1000 2,5 5,0 60 96 40 000 3200X2000X X 1250 500—5000 10,0 6,0 8,0 108 56 000 5000Х3200Х X 2000 Св. 500 25,0 10,5 10,5 176 65 000
Продолжение табл. 1
Параметр Проход- ные установки Конвейерные установки Специальные установки для точного литья
«Искра-18» «Искра-22» «Искра-33» «Искра-26» «Искра-15» Мод. 67511А «Искра-31» «Искра-27»
Размеры рабочего пространства, 750Х 800Х 1000Х 1250Х 3150Х D = 250; D = 250; 1200Х
мм Х3400Х X 630Х X 800Х X 800Х X 2500Х Н = 500 Н =500 X 700
Масса отливки (блока), кг X 2500 Св. 500 Х300 160 Х400 315 Х630 1250 X 1250 2500 25 25 X 250 300
Грузоподъемность, т 30,0 0,16 0,315 1,25 2,5 0,025 0,025 0,3
Производительность (средняя), т/ч 7,5 7,5 8 6,5 15 60 бло- 180 кг/ч 250 кг/ч
Расход электроэнергии на 1 т от- 7,5 5—6 5 — 6 10,5 9,4 ков/ч 19 25 25
ливок, кВт*ч Площадь, занимаемая установ- 210 140 140 108 166 32 77 40
кой, м2 Масса установки, кг 77 000 58 000 50 200 58 000 65 000 9700 35 000 1600
272 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
2. Технические характеристики установок для электрогидравлической обработки давлением
Параметр «Удар-1» «Удар-12м» «Удар-20с» «Удар-11» «Удар-14» Т1220 Т1223 Т1225 Т1228 Т1231 ПЭГ-25 ПЭГ-60М ПЭГ-100Н ПЭГ-150
Наибольшая энергия единичного импульса, кДж 12,5 10 20 150 150 10 20 32 64 128 25 60 100 150
Наибольшее рабочее напряжение, кВ 10 10 10 50 50 10 40 40 40 40 40 40 40 40
Суммарная электриче- ская мощ- ность, кВт — — — — — 14 15 37 50 50 — — — —
Наибольшие размеры заготовок *, мм: плоских 2500Х X 1200 400Х X 400 500Х X 500 2000Х X 2000 — 400Х Х400 650Х X 650 400Х X 400 800Х X 800 1200Х X 1200 580Х X 580 11 50 X Х950 11 50 X X 1150 1800Х X 1300
объемных (в плане) — 300Х Х275 500Х Х700 — 2000Х X1100 * 250Х Х275 400Х Х450 300Х X 250 800Х Х350 1200Х Х500 — — —
при глубине — — — — — 120 200 250 400 500
Масса, т 50 3,35 6,6 94 78 3,35 7,3 11,7 38,7 52,4 8,2 27 32 46,4
Примечание. При ав = 400-4-600 МПа толщина заготовок 2—& мм: при <ув = 600-Г-900 МПа — 1,2—-2,0 мм.
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
ьэ
со
274 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
а)
Рис. 10. Схемы формования с ис-
пользованием электрогидравли-
ческого эффекта:
а — получение гофров.на труб-
чатой заготовке; б — штампов-
ка плоской заготовки; 1 — рас*
положение электродов; 2 — рас-
пространение ударной волны;
3 — заготовка; 4 — матрица
Рис. 11. Зависимость высоты
гофра Тпри штамповке с исполь-
зованием электрогидравличе-
ского эффекта:
а — от напряжения разряда
при искровом промежутке 2 мм;
б — от величины искрового
промежутка при диаметре трубы
6,4 мм
няя деформируется создающимся давлением и облегает стенки ма-
трицы 8, принимая требуемую форму. Воздух из полости матрицы
выходит через трубки 9. Матрица сверху закрывается массивной крыш-
кой 7.
На рис. 10 показаны принципиальные схемы получения гофров
на трубчатой заготовке (рис. 10, а) и штамповки плоской заготовки
(рис. 10, б). На графиках рис. 11 приведены зависимости высоты
гофра от напряжения разряда (а) и искрового промежутка (б).
о)
Рис. 12. Безматричная раздача труб:
а — схема; б — форма трубы после взрыва
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИНЕСКАЯ ОБРАБОТКА
275
3. Рекомендуемые режимы запрессовки труб в трубных досках
электрическим взрывом
Материал труб Размер труб, мм Проч- ность запрес- совки, МПа Диаметр проволо- ки, мм Напря- жение разряда, кВ Материал переходной втулки
Титан 6X1,5 30,0 0,6 8 —
Сталь:
10 10X1,5 7,5
12Х18Н9Т 20,0 12 —
10X1 16,0 0,8
7,0
16X2
Латунь Л70 - 0,6 10 Ым
19X1 2,5 0,8 Вакуумная
28X1 резина
Сталь: 12X18 НЭТ 38Х 2,0 16 Полиэтилен
10 38X3 1,0 14
57X3 18
Алюминий 100x2 Формовка 1,2 20
Примечания: 1. Режимы запрессовки труб даны при длине за-
прессовки, равной 50 мм; при большей или меньшей длине запрессовки режим
следует соответственно изменять. При этом целесообразно увеличивать на-
пряжение. 2. Емкость 80 мкф.
276 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
цевая выпуклость
Рис. 13. Схема формования трубчатых заготовок
с использованием электрогидравлического эффекта
Безматричную раздачу труб с использо-
ванием теплового взрыва производят по схеме,
показанной на рис. 12, а. По длине формуемой
трубы 3 устанавливают переходную полиэти-
леновую втулку 4 с взрывным стержнем 5.
По концам трубы вставляют текстолитовые
упоры 1 с электродами 2. При подаче им-
пульса тока на взрывной стержень последний
испаряется, образуя соответствующий объем
газов, которые через переходную втулку
раздают трубу до формы, показанной на рис.
12, б, Цилиндричность трубы сохраняется,
стенки утоняются.
На рис. 13 показана схема электровзрыв-
ного формования трубчатых заготовок. Коль-
ерической формы в трубчатой заготовке 2 соз-
дается за счет взрыва взрывного стержня 4, центрируемого пере-
ходной втулкой 3 в матрице 7. У торцов матрицы имеются рас-
точки под вкладыши 1 электродов 5.
Электроды через шины 6 подключаются к коаксиальному вы-
воду генератора импульсных токов и контактируют с взрывным
стержнем 4.
Электрический импульсный разряд в жидкости применяется для
крепления (запрессовки) труб в трубных досках. На рис. 14 показано
несколько электрогидравлических головок с лабиринтными глуши-
телями, позволяющими удалять газовые пузыри и воздух из
зоны разряда. В табл. 3 приведены режимы проведения этой опе-
рации.
В табл. 4—5 даны характеристики импульсных конденсаторов,
являющихся важнейшим элементом в импульсных генераторах уста-
новок ЭГО.
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
277
Рис. 14. Электрогидравлические головки для крепления труб в трубных досках:
а — с замкнутым циклом прохождения воды: 1 — электрод-уплотнитель;
2 — стяжки; 3 — уплотнительное кольцо; 4 — крестовина; 5 — изоляция
кабеля; 6 — прижим; 7 — упор электрода; 8 — корпус; 9 — переходник;
10 — гайка; 11 — трубка; 12 — электрод; 13 — шланг; б — со стержневым
лабиринтом: 1 — лабиринтный глушитель в форме стержня со спиральной
канавкой; 2 — уплотнительный электрод; 3 — стяжки; 4 — сменная изоля-
ция трубчатого электрода; 5 — трубчатый электрод; 6 — упор трубчатого
электрода; 7 — корпусная втулка; 8 — трубка изоляционная из вакуумной
резины; 9 —• держатель; 10 — резиновый шланг; 11 — переходник; 12 — ша-
риковый клапан; 13 — токопровод; в — втулочного типа: 1 — лабиринтная
шайба; 2 — трубчатый электрод; 3 — шланг из вакуумной резины; 4 —
переходник из капрона или текстолита; 5 — стяжная стальная втулка; 6 —
упор; 7 — сменная изоляция электрода из полиэтилена или неопрена; 8 —
уплотнительное резиновое кольцо; 9 — электрод; 10 — уплотнительные ла-
тунные кольца; 11 — гайки; г — с радиальным искровым промежутком:
1 — гайка-упор уплотнителя; 2 — резиновые уплотнительные кольца; 3 —
электрод; 4 — отражатель из капрона или полиэтилена; д — закрытого типа;
1 — разрядные электроды; 2 — контактные электроды; 3 >— разрядные нип-
пели; 4 — полиэтиленовые или неопреновые втулки
278 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
4. Технические характеристики импульсных конденсаторов
Параметр КЭМ50/1С КЭМ50/1 К КЭМ50/5
Номинальное напряжение, кВ 50 50 50
Номинальная емкость, мкФ 1 1 5
Индуктивность, нГн 300 300 400
Частота следования разрядов, имп/мин 120 120 15
Разрядный ток, кА Энергоемкость: 25 25 75
Дж/кг 4,3 4,4 16
Дж/дм3 5,2 5,62 13,5
Ресурс работы, импульсы 3-10° 3-10е 10е
Масса, кг 402 405 810
Габаритные размеры, мм 485Х 585 X Х1225 740Х 505Х Х1275 600Х 1040Х XI085
5. Технические характеристики конденсаторов типа ИМ и ИК
Параметр ИМН5-140 ИМУ5-140 ИМН6-36Х 2 ю сэ о сч £ S ИМ20-8
Номинальное напряже- ние, кВ Номинальная емкость, мк Ф 5 5 6 20 20
140 140 72 0,5 8
Индуктивность, мГн 600 60 60 400 30
Частота следования раз- рядов, имп/мин 50 6 6 780 1
Разрядный ток, кА Энергоемкость: — 150 1 0,5 300
Дж/кг 30,7 29,2 26,6 — 11
Дж/дма 51,1 51,1 47,0 18,4
Ресурс работы, импуль- сы 3 • 1 О3 103 104 ю4 103
Масса, кг 57 60 48 145
Габаритные размеры, мм Э10Х Х138Х X 800 310Х X 138Х X 800 310Х X 150Х X 585 — 314Х X 314 X X 880
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
L Импульсные методы обработки материалов: Сборник. Минск:
Наука и техника, 1977. 216 с.
2. Кривицкий Е. В., Шам ко В. В. Переходные процессы
при высоковольтном разряде в воде. Киев.: Наукова Думка, 1979.
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
279
КЭМ50/1КМ КЭМ 5 0/1 СМ КЭМ50/5М ИК50/1 И К-10/800-200 ИКВГ-50-5 ИКУ50/1
50 50 50 50 5 10 50 50
1 1 5 1 800 -200 5 1
300 300 800 300 400 400 400
120 120 15 120 15 15 120
25 25 75 25 200 75 25
4,3 4,4 16 4,0 22 22 8,2
5,6 5,6 3,5 5,14 25,4 27 5,2
310е 3-10е 10е 3 107 10е 510е 1,5 107
447 415 840 480 720 360 150
520 X 485 X 595 X 640Х 575Х815Х 685 X 185Х
Х750Х Х585Х X1040X X 640Х Х955 Х580Х X 560 X
XI290 Х1150 Х1255 Х1050 Х1120 XI 060
>—<
о о г—ч X
со со о ю О о
о о о X
§ К § X £ к £ X fe X fe S fe S
30 50 50 100 45 80 50
3 1,5 3 0,1 0,1 0,1 1,0
60 1 40 1 400 1 250 1200 600 400 10 500 120
200 200 200 10 10 £ 7,5 20
9,4 15,5 103 17 27 3-1 О3 13 19,3 104 16,6 22,4 103 0,32 0,43 10е 4,38 5,13 2,5 Ю5 8 18,2 1,5 107
140 314Х Х314Х Х800 110 314Х Х314Х Х680 350 510Х X 520Х Х986 32 455 X 150 X Х326 310 362 X Х766Х X 800 750 725 X X 651 X X 1010 НО 380Х Х380Х Х905
3. Кучинский Г. С. Высоковольтные импульсные конденса-
торы. Л.: Энергия, 1973. 175 с.
4. Мазуровский Б. Я. Электрогидроимпульсная запрессовка
труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. Киев.: Наукова
Думка, 1980. 172 с.
5. Наугольных К. А., Рой Н. А. Электрические разряды в воде.
М.: Наука, 1971. 155 с.
280 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
6. Новое в разрядно-импульсной технологии: Сборник. Киев:
Наукова Думка, 1979. 152 с.
7. Оборудование и технологические процессы с использованием
электрогидравлического эффекта/Под ред. Г. А. Гулого. М.: Машино-
строение, 1977. 320 с.
8. Попилов Л. Я. Электровзрывная обработка. — В кн.: Спра-
вочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки.
Л.: Машиностроение, 1971, с. 358—393.
9. Разрядно-импульсная технология: Сборник. Киев: Наукова
Думка, 1978. 154 с.
10. Разрядно-импульсная технология обработки минеральных сред/
Г. Н. Гаврилов, Г. Г. Горовенко, П. П. Малюшевский, А. Г. Рябинин.
Киев: Наукова Думка, 1979. 162 с.
11. Силовые электрические конденсаторы. М.: Энергия, 1975.
247 с.
12. Степанов В. Г., Шавров И. А. Импульсная металлообработка
в судовом машиностроении. Л.: Судостроение, 1968. 251 с.
13. Степанов В. Г., Шавров И. А. Высокоэнергетические импульс-
ные методы обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1975. 278 с.
14. Установки для гидравлического и электрогидравлического
удаления стержней из отливок и регенерации песка: Обзор. М.:
НИИМАШ, 1975. 82 с.
15. Чачин В. Н. Электрогидравлическая обработка машинострои-
тельных материалов. Минск: Наука и техника, 1978. 183 с.
16. Электрический разряд в жидкости и его применение: Сборник.
Киев.: Наукова Думка, 1977. 174 с.
17. Электрогидравлическая обработка. — В кн.: Новое в электро-
физической и электрохимической обработке материалов. Л.: Машино-
строение. 1972, с. 247—270.
18. Юткин Л. А. Электрогидравлическое дробление. Л.: ЛДНТП,
ч. 1 — 1959 г.; ч. 2—1960 г.
19. Юткин Л. А. Электрогидравлический эффект. Л.: Маш-
гиз, 1955. 50 с.
20. Юткин Л. А. Электрогидравлическая обработка материалов. —
В кн.: Электроразрядная обработка материалов. (Б-ка электротехно-
лога). Л.: Машиностроение 1971, с. 202—225.
Глава 14
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
Магнитно-импульсной (МИО) называют разновидность ЭФХКО,
основанную на использовании импульсных магнитных полей большой
силы для деформирования токопроводящих материалов. В проводя-
щем обрабатываемом материале внешнее импульсное магнитное поле
индуктирует соответствующий импульс тока, электромагнитное поле
которого встречно взаимодействует с внешним магнитным полем.
В результате этого создаются значительные механические усилия,
используемые, в частности, для деформирования пластических ма-
териалов.
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
281
Рис. 1. Схема распределения магнитно-
го потока в рабочем витке при электро-
магнитном формовании:
а, б — разрез цилиндрического токо-
несущего витка, окружающего изоля-
тор и проводник; в — применение пре-
образователей поля для концентрации
магнитной энергии и давления на двух
поясах цилиндрической заготовки
На рис. 1, а, б показано распределение магнитного потока в рабо-
чем витке при электромагнитном формовании. При пропускании через
виток (индуктор) 3 импульса тока большой силы в момент замыкания
ключа /, разряжающего конденсатор 2 через виток, вокруг последнего
возникает импульсное магнитное поле, силовые линии которого 5
взаимодействуют с любым объектом, помещаемым в это поле. Если
объект (заготовка) изготовлен из диэлектрического материала 4, то
силовые линии проходят через него без каких-либо явных взаимодей-
ствий. Энергия поля возвращается в конденсатор, частично превра-
щаясь в тепло.
Если объект изготовлен из токопроводящего материала, то на
поверхности последнего наводятся (индуктируются) вихревые токи 6,
концентрирующие магнитное поле в пространстве между индуктором
и поверхностью объекта. При отсутствии уравновешивающего давления
изнутри объекта энергия этого поля уходит на механическое деформи-
рование. Если необходимо осуществить местное деформирование, то
поле перераспределяют, вводя в пространство между индуктором и за-
готовкой металлические концентраторы 8 (преобразователи поля),
создающие в заготовке 7 участки (А) высокого давления (рис. 1, в).
Давление (в МПа), развиваемое на поверхности деформируемой
заготовки,
В2 . 10-е
Р~ 8л ’
где В — максимальное значение индукции, Гс.
Скорость деформации заготовки
В
v =---
4]/ яр
где р — плотность материала заготовки, г/см3.
282 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
Энергия магнитного поля, зависящая от индуктивности катушки
(витка) L и силы тока / в ней:
2
расходуется на механическую работу деформирования заготовки и ее
нагрев.
Повышение температуры поверхности формуемой заготовки
д,
= о--,
где cv — удельная теплоемкость.
При МИО длительность разрядного импульса выбирают такой,
чтобы глубина проникновения магнитного поля в деформируемую
заготовку была меньше толщины последней.
Если импульс будет чрезмерно длительным, то потребуются мощ-
ные источники тока для создания необходимой напряженности магнит-
ного поля, а между металлической матрицей (моделью) и заготовкой
успевает образоваться магнитная подушка, которая создает обратное
давление на заготовку и не дает ей принять точную форму матрицы.
Глубина h проникновения магнитного поля в металл не должна превы-
шать толщины стенки заготовки. Она определяется из выражения
___ J_ ^Рэл^имп
где рЭл — удельное электрическое сопротивление металла; /имп — дли-
тельность полуцикла импульса.
Пренебрегая потерями энергии магнитного поля на нагрев заго-
товки, можно определить время, необходимое для развития деформации
стенки трубы на величину в:
_ 2 (еб) 1/2
где —скорость, сообщаемая стенкам при деформации, равной
толщине стенок 6.
_ ( В* \1/2
vR(a) ~ ^2лр ) ’
где р — плотность материала заготовки.
Максимально допустимое время тм, д можно определить из формул:
для металлических матриц
г _ 2лд2 .
Тм д~ Рэл ’
для матриц из непроводящего ток материала
о 2л/?6
Тм-Д” Рэл 9
где R — радиус поперечного сечения трубы; рэл — удельное электри-
ческое сопротивление материала.
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
283
Рис. 2. Принципиальная схе-
ма конденсаторного генера-
тора импульсов: С—емкост-
ной накопитель: R3— заряд-
ное сопротивление; 7?н —
сопротивление нагрузки;
ФП — формирующий про-
межуток; АТр -— автотран-
сформатор; Тр — трансфор-
матор: В — выпрямитель
Рис. 3. Принципиальные
схемы генераторов импульс-
ных токов:
а — с трансформатором в
цепи питания; б — с авто-
трансформатором в цепи питания; в —• с емкостным сопротивлением (кон-
денсатором) в сетевой цепи; АТр — автотрансформатор сетевого питания;
Тр — повышающий трансформатор; В — выпрямитель; R^ — сопротивление
в цепи заряда; Со — емкость в сетевой цепи; — конденсатор рабочий
импульсный высоковольтный;
С.
Ф
— конденсатор фильтра
Значение тдеф должно быть меньше значения д и д. Это
условие определяет минимальный размер детали, которая может де-
формироваться в данном магнитном поле.
Для проводящих материалов с повышенным электрическим со-
противлением, например для высоколегированной стали, деформация
трубок диаметром менее 10 мм становится затруднительной, поэтому
РэлР1/2
2В
Затраты энергии на выполнение механической работы и создание
магнитного потока, действующего в качестве рабочей среды, примерно
равны между собой и определяются по формуле
В2
где S — площадь поверхности образца.
При тдеф <Стм> д затратами на джоулево тепло можно пренебречь.
Энергия, идущая на нагрев,
В2
^нагР = Рэл^«
Общее количество энергии, необходимой для деформации заго-
товки, складывается из количества энергии на механическую работу
по деформации заготовки, энергии магнитного поля и энергии, расхо-
дующейся на выделяемое джоулево тепло. Индукции магнитных полей,
Рис. 4. Технологические операции МИО
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
285
требуемых для электромагнитного формообразования, лежат практи-
чески в пределах от 200 кГс до 1 МГс. Для конкретных индукторов при
поле в 300 кГс можно получить импульсное давление 350 МПа, а при
поле 1 МГс 3500—4000 МПа.
Длительность импульса в применяемых схемах выбирают в пре-
делах 10—20 мкс.
Мощные кратковременные импульсы тока, необходимые для по-
лучения мощных импульсных магнитных полей при МИО, получают
с помощью генераторов импульсных токов (ГИТ). Наиболее распро-
страненными являются ГИТ с емкостными накопителями энергии
(конденсаторами).
Принципиальная схема конденсаторного ГИТ показана на рис. 2.
Батарея конденсаторов С заряжается постоянным током через
зарядное сопротивление /?зар до определенного напряжения (7зар,
а затем разряжается через разрядный (формирующий) промежуток
(ФП) на сопротивление нагрузки /?п. Энергия, выделяемая в нагрузке,
используется для технологических целей. Формирующий промежуток
ФП необходим для обеспечения кратковременности разряда (ограниче-
ния длительности импульса).
На рис. 3 показаны принципиальные схемы ГИТ. Ниже приве-
дены основные зависимости, определяющие их работу.
Частота следования импульсов
_____________I___________
2,3^3apClg(l-^-3) ’
где /?зар — зарядное сопротивление; С — емкость конденсатора; (/раз—
напряжение начала разряда; Uo — начальное напряжение.
Зарядное сопротивление при работе ГИТ в режиме единичных
импульсов
1. Условия магнитно-импульсной развальцовки латунных труб
(D = 1 9 мм, д = 1 мм) в сталъцых досках
Число витков разового индук- тора *1 Тол - щи на сталь- ной доски, мм 1/р, кВ С, мкФ кГц I, кА В, Вб/м2 Р» МПа Испыта- тельное давле- ние, МПа
4 20 20 69 19,3 167 42 700 5
5 19 18,4 152 47,8 915
3 37 19,3 309 77,5 2380 4
4 38 18 50 225 56,5 1270 2t5
5 30 35 69 19,2 290 60,5 1480 4
4 37 19,3 217 45,5 830
♦1 Провод АПР-2,5.
286 МЕТОДЫ. ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
2. Условия магнитно-импульсного опрессовывания штуцеров
во фторопластовых рукавах
Тип индуктора Число вит- ков Марка 1 провода Операция Материал заготовки
Разовый 7 5 АПР-2,5 Свободное обжа- тие Латунь Л62
Напрессовка втулок (D = = 23 мм, 6 = = 0,8 мм) на рукав
Постоянный с ка- бельным трансфор- матором 5,5 —
Разовый 5 АПР-10 Свободное обжа- тие Сталь 12Х18Н9Т
7 Обжатие рукава втулками
Тип индуктора С/р. кВ С, мкФ / р. кГц /, кА в, Вб/м2 р, МПа
Разовый 42 18 34,4 100 40 650
27 69 17 | | 198 I 35,7 510
Постоянный с ка- бельным трансфор- матором 20 9 435 15,6 100
Разовый 35 18 16,7 253 45,3 820
38 14,25 | 237 60 1440
*г Испытательное давление 2,5 МПа.
о _ ^заР
^зар ~ г
1 доп
где [7зар — зарядное напряжение; /доп — допустимый ток выпрями-
теля.
С учетом частоты импульсов мощность источника питания по-
стоянным током
№ист = №сгь
U2c
где Wc = ---мощность, накапливаемая в зарядном контуре
(/—время между разрядами); т] — КПД зарядного контура (обычно
-0,5).
Магнитно-импульсная обработка находит применение для вы-
полнения разнообразных операций, связанных с деформированием
материалов. В табл. 1, 2 приведены условия магнитно-импульсной
развальцовки латунных труб и опрессовывания штуцеров
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
287
3. Детали, изготовляемые электромагнитным обжимом трубчатых заготовок
288 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
i.
3
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
289
>- В. Детали, изготовляемые электромагнитным деформированием плоских заготовок
10 Попилов Л. Я.
290 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
На рис. 4 перечислены некоторые операции, выполняемые с по-
мощью МИО. Примеры операций, выполняемых с применением МИО,
и установок представлены в табл. 3—5 и на рис. 5—9.
Данные об основных зависимостях, характеризующих протекание
и результаты применения МИО, приведены в табл. 6, 7.
В табл. 8 содержатся сведения о параметрах установок для осуще-
ствления МИО, в табл. 9—11 —данные о главных комплектующих
деталях установок МИО.
6. КПД процесса МИО
Технологическая операция КПД, % Технологическая операция кпд, %
Обжим: свободный 10—25 Раздача: свободная 10-25
на оправках или сборка, за пределами обрабаты- в изоляционную матрицу 6-10
в металлическую ма- 4 — 8
ваемой заготовки: непроводящая среда 4—8 трицу Плоская листовая штам-
хорошо проводящая 2—4 повка:
среда гибка бортов 4—8
формовка пробивка отверстий 3-4 2—4
7. Электрические и механические свойства материалов, обрабатываемых МИО
Материал Предел прочности ав- IO"7, Па Предел текучести ат« 10“7, Па Относительное уд- линение, % Удельное электри- ческое сопротивле- ние р- 10е, Ом* м Глубина проникновения поля (мм) при частоте разрядов, кГц
1 5 10 20 50
Золото Серебро Медь Латунь: Л96 Л90 Л80 Л70 Л68 Л62 ЛМц58-2 ЛС59-1 Бронза: БрОФ6,5-0.4 БрОЦ4-3 Бр А5 БрА9Мц2 БрКМнЗ-1 БрБ2 8—10 15—30 24 24 26 32 32 32 33 40 40 40 35 38 40 40 50 7 6 12 12 10 10 И 16 14 25 65 16 30 20 30 50 50 45 50 55 55 50 40 45 65 40 65 25 50 30 2,2 1,6 1,78 4,3 4,0 6,0 6,9 7,2 7,2 10,8 6,8 17,6 8,7 9,95 11 15 6,8 2,36 2,01 2,12 3,3 3,18 3,9 4,18 4,25 3,86 6,23 4,15 6,67 4,69 5,02 5,28 6,16 4,15 1,055 0,808 0,95 1,48 1,42 1,74 1,87 1,91 1,73 2,34 1,86 4,1 2,1 2,25 2,36 2,75 1,86 0,746 0,636 0,67 1,04 1,01 1,23 1,32 1,35 1,22 1 65 1,31 2,11 1,48 1,59 1,67 1,95 1,31 0,527 0,449 0,48 0,82 0,71 0,87 0,93 0,95 0,86 1,17 0,93 1,49 1,05 1,12 1,18 1,38 0,93 0,334 0,285 0.3 0,467 0,45 0,552 0,592 0,602 0,546 0,881 0,587 0,945 0,664 0,71 0,748 0,872 0,587
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
291
Продолжение табл. 7
X 5 ч S i
о о О И 2 Глубина проникновения поля (мм)
Я 0J сг я s • при частоте разрядов, кГц
Материал о w сЕ Sas ч 20 (П Сь С .
н 5 - н о <D О® о ио
Предел V10- Предел от-10- Относи линени Удельн ческое ние р« 1 5 10 20 50
Алюминиевые сплавы вы- сокоплавкие:
АДМ 8 3 35 2,92 2,72 1,22 0,86 0,61 0,385
АДН 15 10 6 2,98 2,75 1,23 0,87 0,61 0,389
АМцМ 13 5 23 3,76 3,08 1,38 0,98 0,69 0,436
АМцН 22 18 5 4,45 3,34 1,5 0,06 0,75 0,473
АМгМ 19 10 23 5,09 3,59 1,6 1,13 0,8 0,508
АМгЗМ 19 9 15 4,95 3,54 1,58 1,12 0,79 0,501
АМгбМ 30 15 18 7,1 4,24 1,9 1,34 0,95 0,6
Д1М 21 И 18 3,72 3,08 1,37 0,97 0,7 0,436
Д1т 42 24 15 3,7 3,06 1,37 0,97 0,68 0,433
Д16М 18 10 18 4,35 3,32 1,48 1,05 0,74 0,47
Д16АТ 42 28 18 5,87 3,85 1,72 1,22 0,86 0,545
Д16М 21 11 18 4,15 3,25 1,45 1,02 0,72 0,46
Д16Т 46 30 И 5,95 3,88 1,74 1,23 0,87 0,548
В95М 22 10 15 4,15 3,25 1,43 1,02 0,74 0,46
В95Т 55 46 10 4,2 3,82 1,46 1,03 0,73 0,54
Магниевые сплавы:
МА8 (О) 26 19 18 5,1 3,6 1,61 1,15 0,8 0,51
МА1 (О) 21 12 8 6,1 3,93 1,76 1,24 0,88 0,556
Углеродистые стали + 1:
СтЗ 38 24 37 16,4 6,45 2,9 2,04 1,44 0,913
10 40 25 35 19,25 7,0 3,12 2,21 1,56 0,99
20 48 30 33 24,2 6,0 2,7 1,9 1,34 0,85
Легирован - ные стали
ЗОХГСА 70 15 22
12Х18Н9Т 99 30 50 72 13,5 6,04 4,2 3,02 1,91
Титановые сплавы •*:
ВТ5-1 90 80 14 138 18,7 8,36 5,91 4,18 2,65
ВТ14 100 90 10 —1 — — — — —
*1 Можно обрабатывать только со «спутниками».
10*
Рис. 5. Принципиальная
схема установки для маг-
нитно-импульсной штам-
повки:
1 — вакуумный разряд-
ник; 2 — конденсаторная
батарея; 3 — зарядное
устройство высокого на-
пряжения; 4 — буфер-
ный объем разрядника,
соединяемый с вакуум-
ным насосом; 5 — коак-
сиальные кабели; 6 — си-
стема поджига: 7 —пнев-
матический прижим; 8 —
матрица; 9 — заготовка
детали; 10 — плоский
индуктор; 11 — токо-
сборные шины
Рис. 6. Схемы обжима (а) и раздачи (0 труэчатой заготовки:
1 — повышающий трансформатор; 2 — выпрямитель; 3 — емкостной накопитель;
4 •=> коммутатор тока; 5 -=• инструмент-индуктор; 6 = заготовка
Рис. 7. Индухторы спираль-
ного типа:
а — для раздачи трубчатых
заготовок; б — для обжима;
в — для обработки плоских
деталей (молоток): 1 — спи-
раль индуктора; 2 — изоля-
ция; 3 — заготовка
292 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
293
Рис. 8. Индукторы с концентраторами магнитного поля:
/ — заготовка; 2 — обмотка; 3 — концентратор
1 2 3
Рис. 9. Одновитковые индукторы с согласующими трансформаторами:
а — со спиральными канавками; б — с кольцевыми канавками: 1 — одно*
витковый индуктор с трансформатором; 2 — заготовка; 3 — обмотка
8. Технические характеристики установок для МИО
Тип установки Запасаемая энер- гия максималь- ная, кДж Номинальное напряжение, кВ Собственная ча- стота разрядно- го контура, кГц Производитель- ность, опер./ч Тип конденса- торов
МИУ-6 6 6 20 МИОМ-4
МИУ-20/1 50 360 КИМ-бм
МИУ-20/5 20 20
КИМ-17
ИУ-20/4ПР 60
ИУ-20/ПН 10 10 20 80 КИМ-176
МИУ-30 30 20 50 200 КИМ-17
МИУ-100 100 60
МИУ-0506/1 5 6 30
600
МИУА-10/5 10 5,2 24 ИК6-150
МИУА-20/5 20 — 420
МИУА-40/10 40 _- 360
МИУА-80/10 80 9,5 — 240
МИУ-3,5 3,5 5 — 250 ИМУ5-140
МИС-5 40 30 150 100
Характеристика коммутатора Количество ком- мутаторов Масса, кг Потребная ми- нимальная пло- щадь с учетом обслуживания, м’ Назначение
- Механиче- ский тригатрон 1 800 2400 1500 1550 1600 2000 5500 300 1600 2310 4200 6215 352 1600 1,2Х 1,0 З.Ох 3,0 Общее
2,0Х 2,0
Для сварки труб
3,ОХ 3,0 4,0Х 3,0 10,0Х 2,3 1,2Х 1,0 3,5X3,5 3,5X3,5 5,0X5,5 7.3Х 5,0 2,0Х 1,5 3,5Х 2,5 Обработка метал- лов с предвари- тельным нагревом
Общее
10 2
Игнитрон ИРТ-1
Игнитрон ИРТ-2 Г
Тригатрон
Для герметизации тепловыделяющих элементов
294 МЕТОДЫ, ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
9. Технические характеристики импульсных конденсаторов
Тип кон- денсатора Номи - нальное напряже- ние, кВ Номи- нальная емкость, мкФ Запасае- мая энергия. кДж Индук- тивность, мкГн Масса, кг
ИММ 2-100 2 100 0,2 0,03 32
ИМУ 5-140 5 140 1,75 0,05 60-
ИК 6-150 6 150 2,7 0,05 46
ИКУ 6-150 6 150 2,7 0,05 32
ИМ 20-8 20 8 1,6 0,03 145
ИК 20-10 20 10 2,0 0,025 90
ИМ 30-3 30 3 1.35 0,06 145
ИК 25-12 25 12 3,75 0,04 НО
МИОМ-3 10 — 4,0 0,02 370
МИОМ-4 6 — 6.0 0,02 i 300
КИМ-17 20 — 10,0 0,085 270
КИМ-25 25 63 10,0 0,025 300
КИМ-26 10 200 10,0 0,025 300
КМК 2,0-200 2,0 200 0,4 0,008 25
КММ 25-5 25 5 1,56 0,015 115
КМК 25-2 25 5 1,56 0,014 67
КМК 30-10 30 10 4,5 0,009 95
Габаритные размеры, мм Гаран- тийный срок службы (число импуль- сов) Удельная энергия
Дж/дм8 Дж/кг
120Х370Х 330 ю5 10 6,25
310Х 138Х 800 103 51 29
310Х 138X625 104 100 59
310Х 138X475 150 85
315X315X880 105 18,4 11
315X315X590 104 33 22
315X315X880 3-103 15,5 9,4
314X314X670 54 34
585X 636X 645 2- 104 — —
582Х 532Х 760 — —
360Х 604 X 1060 3- 104 — —
414Х 604Х 1040 — —
414Х604Х 1033 — —
145X 275X 335 — 30 16
415Х 290Х 580 — 22,4 13,5
445Х 225X 640 — 24,4 23
695Х 160Х 640 — 63,4 47
ьо
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
сл
4,1 Жила полая, выполненная в виде оплетки на стержне из диэлектрика,
Примечание. Изоляция — полиэтилен.
РК 50 9-11 КП В 1/20 КПВ 1/35 МКПВМ 1/30 КПВ 1/50 КПВ 1/75 Тип кабеля
8,0 6,5 2,5 4,0 7,2 1*75 6,5 5,5 3,0 Толщина изоляции, мм
15,0 17,2 4,1 ** 4,1 4,1 22,2 7 •» 4,1 11,0 3,0 Диаметр сплошной или полой жилы, мм
40,0 40,0 15,8 17,2 42,2 14,6 27,5 13,0 Наружный диаметр с за- щитной оболочкой, мм
160 140 220 230 ПО 100 310 138 2 20 Индуктивность на 1 м, нГн
120 75 50 50 35 30 20 100 40 Рабочее напряжение, кВ
15,0 11,5 20,0 11,1 4,9 17,0 3,1 18,0 13,0 Средняя рабочая напря- женность, кВ/мм
о с о ООО у ъ, ОООО со с» Срок службы при средней напряженности, импульсы
о СП о о Частота, кГи
to © ьэ Декримент затухания
11. Индуктивность I м кабелей для установок МИО
296 МЕТОДЫ. ОСНОВАННЫЕ НА МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ
МАГНИТНО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА
297
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
' 1. Ануфриев Ю. А., Гусев В. И., Смирнов В. Ф. Эксплуатацион-
ные характеристики и надежность электрических конденсаторов. Мл
Энергия, 1976. 224 с.
2. Барбарович Ю. К. Опыт конструирования, изготовления и
эксплуатации индукторов для магнитно-импульсной обработки матери-
алов. Л.: ЛДНТП, 1979. 23 с.
3. Белый И. В., Фертик С. М., Хименко Л. Т. Справочник по
магнитно-импульсной обработке металлов. Харьков.: Вища школа,
1977. 168 с.
4. Дудин А. А. Магнитно-импульсная сварка металлов. М.: Ме-
таллургия, 1979. 128 с.
5. Импульсные методы обработки материалов: Сборник. Минск.;
Наука и техника, 1977. 216 с.
6. Карасик В. Р. Физика и техника сильных магнитных полей,
М.: Наука, 1964. 364 с.
7. Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля/
Пер. с англ. М.: Мир., 1972. 392 с.
8. Магнитно-импульсная обработка. — В кн.: Новое в электро-
физической и электрохимической обработке материалов. Л.: Машино-
строение, 1972. с. 331—350.
9. Магнитно-импульсная обработка металлов. — В кн.: Основы
электротехнологии и новые ее разновидности. Л.: Машиностроение
1971, с. 178—209.
10. Попилов Л. Я. Магнитно-импульсная обработка — В кн.:
Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки
материалов. Л.: Машиностроение, 1971, с. 452—478.
11. Рубанов Л. А., Барбарович Ю. К. Технология и опыт внедре-
ния импульсных методов обработки металлов давлением .Л.; ЛДНТП,
1970, с. 9—30.
12. Тезисы докладов Всесоюзной конференции по импульсным
методам обработки материалов. Минск. Физ. техн, ин-т АН БССР,
1978. 244 с.
Ч А с Т Ь V
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
ОБРАБОТКИ
Комбинированными (КМО) называют такие методы ЭФХКО, в ко-
торых процесс преобразования или удаления обрабатываемого ма-
териала происходит в результате одновременного протекания двух
и более воздействий, осуществляемых по своему механизму. Приме-
рами могут служить сочетания воздействий: электрохимического
и механического, электроэрозионного и электрохимического, ультра-
звукового и механического и т. д.
В некоторых случаях из конструктивно-технологических сооб-
ражений обработку каждым из методов, входящих в КМО, разделяют,
в пространстве, например устанавливая катоды на некотором расстоя-
нии от абразивного инструмента при электрохимикоабразивной об-
работке.
Иногда к группе КМО относят виды обработки, в которых воз-
действие различных по характеру процессов разделено и в пространстве
и во времени. Примером может служить электрохимическое сглажива-
ние после ультразвукового прошивания или механическая доводка
после электроэрозионной обработки , и т. д. Подобные сочетания не
следует относить к КМО, так как это по существу обособленные опе-
рации, входящие, как и любые другие, в общий технологический про-
цесс, однако в случае создания специального оборудования, жестко
связывающего эти процессы, их можно отнести к способам КМО.
Основной особенностью и преимуществом КМО является повышен-
ная эффективность по сравнению с отдельно используемыми методами,
составляющими данное сочетание.
Соответственно обычными являются сочетания способов, обеспе-
чивающих большой удельный съем металла, но создающих повышенную
шероховатость (например, черновая ЭЭО) со способами, способными
значительно снизить шероховатость, но при низких удельных съемах
(например, чистовые виды ЭХО).
Наиболее часто совмещение производят исходя из необходимости
в первую очередь повысить производительность, не преследуя целей
резкого повышения качества поверхности или снижения износа ин-
струмента. В таких случаях практически достигается возрастание
этого показателя в несколько десятков раз.
Производительность КМО, как правило, значительно выше суммы
производительностей каждого метода, взятого отдельно. Так; по сравне-
нию с абразивным и алмазным электроябразивное и электроалмазное
шлифование повышают производительность обработки в 3—5 раз,
электроэрозионно-абразивное в 2—3 раза, электроэрозионно-химическое
в 8—10 раз. При совмещении ЭЭО и ЭХО производительность повы-
шается в несколько десятков раз по сравнению с ЭЭО. Плазменный на-
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 299
грев и механическое резание в 3—5 раз и более производительнее меха-
нического резания.
При сочетании различных методов обработки в КМО обычно устра-
няются специфические недостатки, присущие каждому из них, а пре-
имущества становятся более явными.
Глава 15
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ
ОБРАБОТКА
Одной из наиболее широко используемых в промышленности
группой КМО являются способы электрохимической комбинированной
обработки (ЭХКО). На рис. 1 представлены некоторые разновидности
ЭХКО.
Рис.
1. Виды электрохимической комбинированной обработки
300
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 2. Схемы съема твердого сплава:
а, б —алмазно-электролитическая обработка с преимущественно электрохими-
ческим и^абразивно-механическим съемом; в—то же, с интенсивными электро-
эрозионными процессами в рабочем промежутке; 1 — металлическая связка
алмазоносного слоя; 2 — алмазное зерно; 3 — анодно-растворенный поверх-
ностный слой; 4 — субмикротрещины; 5 — твердый сплав; 6 — электро-
эрозионные кратеры; 7 — электролит
Рис. 4. Схема формирования сквозного цилинд-
рического отверстия методом алмазно-электро-
литического кольцевого сверления (а) и рас-
тли фовы ван и я {бу.
1 — обрабатываемая заготовка; 2 алмазное
сверло; 3 <— подача электролита
Наибцлее широко применяют способы,
в которых сочетается электрохимическое
Рис. 3» Схема кольцевого ал-
мазно-электролитического
сверления:
/ — источник технологиче-
ского тока; 2 — головка для
подачи электролита во вну-
треннюю полость сверла;
3 — электролит; 4 — труб-
чатое алмазное сверло; 5 —
обрабатываемая заготовка
анодное растворение с механическим воз-
действием твердых абразивных или алмазных зерен. При осуществлении
таких способов в определенных режимах их выполнения могут возни-
кать также электроэрозионные явления. Эта группа способов включает
электроабразивную (ЭАБО), электроалмазную (ЭАЛО), абразивно-
электрохимическую (АБЭХО) и алмазно-электрохимическую (АЛЭХО)
обработки (рис. 2—15).
Электроабразивная (АЭБО) и абразивно-электро химическая
(АБЭХО) обработка (ЭАБО) — анодное растворение поверхности об-
рабатываемой заготовки, сопровождающееся образованием трудно-
растворимых продуктов, непрерывное удаление которых производится
с помощью перемещающегося относительно поверхности и контакти-
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 301
Рис. 5. Схемы формирования (черновой съем и расшлифовывание) кониче-
ских отверстий в цельной заготовке (а) и заготовке, имеющей отверстие (б);
1 — заготовка: 2 — инструмент; 3 электролит
Рис. 6. Схемы бескернового сверления инструментом с кольцевым (трубча-
тым) алмазоносным слоем (а) и инструментом со сплошным алмазоносным
слоем, имеющим каналы для подачи электролита в рабочий зазор (б);
1 — заготовка; 2 — инструмент; 3 — электролит
рующего с ней под небольшим давлением токопроводящего абразивного
инструмента (круга, диска) графитированного или на металлической
смазке.
Кинематика перемещений инструмента та же, что и при обычной
абразивной обработке (шлифовании, резке, заточке).
Удельный съем металла обычно в несколько раз превышает тот же
показатель для абразивной обработки данного материала до той же
шероховатости.
302
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 8. Схема формования
алмазноэлектролитическим
сверлением фасонного отвер-
стия со сферической поверх-
ностью:
1 — обрабатываемая заго-
товка; 2— алмазный инстру-
мент; 3 — электролит
Рис. 7. Схема формирования
фасонного отверстия в твер-
досплавной пресс-форме
алмазноэлектролитическим
сверлением:
а — черновой съем сплава;
б — зачистка поверхности
от кольцевых рисок, образо-
вавшихся при черновом съе-
ме; 1 — заготовка; 2 — инст-
румент; 3 — электролит
Рис. 9. Сверло с кольцевым алмазоносным
слоем, укрепленным пробкой-опорой:
1 — корпус сверла; 2 — вставные полукольца;
3 — кольцевой алмазоносный слой; 4 — рас-
порный винт
Рис. 10. Схема расшли-
фовывания отверстия
кольцевым сегментным
сверлом:
1 — подвижный сегмент;
2 — периферийный ал-
мазный слой; 3 — обра-
батываемая заготовка;
4 — неподвижный сег-
мент (автономный катод);
5 — торцовый алмазонос-
ный слой с конической
фаской
Рис. 11. Алмазные сверла
трепаны с кольцевым (а)
и трубчатым (б) алмазо-
носным слоем
Производительность при 0,1604-0,080 мкм может колебаться
в пределах от 100—120 мм3/мин для графитированных кругов, до
4000 мм3/мин для металлоабразивных кругов. Относительный износ
инструмента соответственно равен 20—40 % и 0,05—0,1 %.
Съем металла Q.Ha 1 мм ширины круга при глубине врезания до
1 мм достигает 70 мм3/мин при плотности тока 1,2—1,4 А/мм2.
Доля механического съема составляет при малой глубине врезания
0,07 мм — 0,5 % , а при глубине 0,2 мм доходит до 30 %. Наибольшая
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 303
Рис. 12. Схемы алмазно-электролитического фрезерования:
а — периферийное — консольно закрепленная фреза; б — периферийное —
двухопорное закрепление инструмента; в — торцовое
производительность достигается при концентрации абразивных зерен
~25%. С увеличением зернистости круга производительность возра-
стает. Оптимальными по высокой производительности и низкой шеро-
ховатости являются круги зернистостью 10—16.
Электроалмазная (АЭЛО) [алмазно-электрохимическая (АЛЭХО)]
обработка — это метод, в котором анодное растворение поверхности
обрабатываемой заготовки сопровождается образованием труднораство-
римых продуктов, непрерывно удаляемых с помощью перемещающегося
относительно поверхности и контактирующего с ней под небольшим
давлением алмазоносного инструмента (круга, диска) на токопроводя-
щей металлической связке. Применяют алмазные круги на металличе-
ской связке либо металлические диски, шаржированные алмазными
зернами.
Хорошие результаты дает применение кругов с металлическим
корпусом и металлокерамической бронзовой связкой МО. Такие круги
имеют значительно меньшее электрическое сопротивление, чем круги
на чисто медной связке.
Кинематика перемещений инструмента та же, что и при обычной
алмазной обработке (шлифовании, резке, заточке, доводке).
Удельный съем обычно в несколько раз превышает тот же показа-
тель для алмазной обработки данного материала до той же шерохо-
ватости.
304
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
6)
Рис. 13. Положение сегментов внутри канала волоки при его алмазно-электро-
литической обработке специальным сегментным алмазным кругом:
а — расшлифовывание канала (положение инструмента вначале обработки);
б — шлифование входного и выходного конусов волоки (черновой съем);
в — шлифование калибрующего пояска бочкообразной частью инструмента;
s =• полирование входного конуса волоки бочкообразной частью инструмента
Производительность АЛЭХО зависит от многих факторов, в основ-
ном от плотности тока и давления круга. При плоском шлифовании
твердых сплавов торцом алмазного круга съем металла от 800—900
(заточка резцов) до 3000—5000 мм3/мин (плоское шлифование на полу-
автомате) и 10 000—12 000 мм3/мин при плоском шлифовании магнит-
ных сплавов.
При круглом наружном шлифовании по методу АБЭХО производи-
тельность обработки твердых сплавов 900—1000 мм3/мин, магнитных
сплавов 4000—5000 мм3/мин при Ra = 0,320—0,080 мкм и относитель-
ном износе инструмента 0,1—0,2%.
При электрохимическом шлифовании различных марок быстроре-
жущей стали кругом АЧК 150х 10 АСВ 100/80 100 % М5—5 в солевом
электролите при плотности тока 10—20 А/см2 съем составил 200—
320 мм3/мин*
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 305
Рис. 14. Схемы алмазно-электролитиче-
ского сегментного шлифования:
а — разрезание труб; б — плоское шли-
фование; в — внутреннее шлифование;
г — участок корпуса головки с рабочим
элементом из алмазоносного слоя; 1 —
обойма; 2 — абразивный брусок; 3
токоподвод; 4 заготовка
Рис. 15. Схема процесса абразивно-
электрохимического суперфиниши-
рования:
1 — источник постоянного тока?
2 — обрабатываемая деталь; 3 —»
абразивные бруски; 4 — автоном.
ный электрод-инструмент; 6 — меж-
электродный промежуток
306
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 16. Зависимость шероховатости поверхности, радиуса скругления и за-
зубренности режущей кромки от напряжения (а), контактного давления (£)»
скорости круга (в) и частоты осцилляции (г) при обработке без выхаживания
(сплошные линии) и с выхаживанием (штриховые)
Скорость электроалмазного разрезания труднообрабатываемых
сплавов кругами AOK АСВ 315/250 Ml 100 % составляет 9—10 см/мин
при Ra = 0,63ч-1,25 мкм, удельном износе алмазов 3,2—3,5 мг/г
и напряжении 9—12 В.
Производительность АЛЭХО значительно изменяется в зависи-
мости от требуемой шероховатости, режима проведения, допускаемого
износа инструмента и т. д. Обработка часто ведется в несколько пере-
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 307
б* /0^ 'ГПа &i+6 ’2,ГПа.
4,2 3 8 4}6 4,2 3'8 200 ’ &МКС
63/50 125/100 250/. 100/80 160/125 & мкс, Г Па 1 6 ,ГПа 8 10 в 3)
1,2 У,2
1.1 00 ’ \ L-10
1)1 6 / м 3/50 125/100 250/2 100/80 160/125 *) '1 t > 6 Г 10 8 )
340 0,15 0,14
ZoU
220 кап 0,13 п ко
63/50 125/100 250/200 ’ ~ 4> t 100/80 160/125 в) ^.104 а а Г 6 ж Г 10 в )
КО
£*т То
ка 14 кп
/ о д
8 6 3/50 125/100 250/200 ' { 100/80 160/125 Зернистость алмазов г) г 8 3 I 10 в )
Рис. 17. График влияния зернистости алмазов (а—г) и рабочего напряже-
ния на электродах (д—з) на напряжения первого рода (а, О), напряжения
микроскалывания (б,#), размер блоков мозаики (в,ж) и микроискажения ре-
шетки (г,з)
ходов: черновой при напряжении 6—8 В; получистовой при 5—6 В и
чистовой при 4—5 В. Износ алмазоносного круга обычно составляет
0,2—0,3 %. Плотность тока при обработке 1,5—2 А/мм2 и выше. Между
электрическими характеристиками, давлением, скоростью перемеще-
ния круга и шероховатостью поверхности, удельным расходом алма-
зов, себестоимостью обработки существуют зависимости, частью пока-
308
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
9,
мкм мкм мкм
60/60 63/50 700/80 125/100 160/125200/160 250/200
Зернистость
а)
60/0 63/50 100/80 725/100 260/f25200/160 250/200
Зернистость
ff)
10,0-г 10,0-г 0,30
8,0 -8,0 -Ц25
6,0 -6,0 -0,20
0,03. 0,15
Концентрация
6)
Рис. 18. Зависимость шероховатости поверхности, радиуса скругления и за-
зубренности режущей кромки от зернистости кругов на связках МО13Э (а)
и МСЧ (б) и концентрации алмазов в кругах на связке МО13Э (в) при обра-
ботке с током (сплошная линия) и без тока (штриховая)
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 309
9Pt
мг/см? мг/г
Рис. 19. Зависимость удельного расхода алмазов (а), производительности
(б), себестоимости обработки (в), плотности тока (г) и эффективной мощности
(д) от давления круга при алмазно-электрохимической обработке сплава ВК8 4-
4-сталь 45 (F== 2,10 см2, U — 6 В, = 25 м/с, «осц = 70 дв. ход/мин):
1 — АСР :Ю0/80—МО13Э; 2 — АСР 160/125-МО13Э; 3 - АСР 250/200—
МО13Э; 4 — АСР 100/80—МС2; 5 — АСР 160/125—МС2; 6 — АСР 250/260 —
МС2
занные на рис. 16—24. Схема установки для электроалмазноультра-
звукового шлифования дана на рис. 25.Как АБЭХО, так и АЛЭХО
применяют для проведения различных технологических операций, пре-
имущественно разных видов шлифования (ЭАБШ, ЭАЛШ, АБЭХШ,
АЛЭХШ) и заточки твердосплавного инструмента (ЭАБЗ, ЭАЛЗ,
АБЭХЗ, АЛЭХЗ). При этом используют электролиты различных
составов, Наиболее распространенными среди которых являются элек-
тролиты ЭНИМС (табл. 1). Основные операции, в которых используют
методы АБЭХО и АЛЭХО, перечислены в табл. 2. В табл. 3—15 пред-
ставлены данные о результатах обработки с помощью этих методов.
Электрохимическое алмазное хонингование и суперфиниширование.
Не отличаясь от других разновидностей ЭХСО по способу удаления ме-
талла, операции получения поверхностей с низкой шероховатостью
(высокочистовые) обычно выделяют в отдельную группу по конструк-
310
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 20. Зависимость удельного расхода алмазов (а), производительности
(б), себестоимости обработки (в), плотности тока (г) и эффективной мощно-
сти (д) от напряжения при обработке сплава ВК8 + сталь 45 (F = 2,10 см2;
vkp ~ 25 </с; 5осц = 70 ДВе Х°Д/МИН):
1 — АСР 100/80 —МО13Э, р = 750 кПа; 2 — АСР 160/125—МО 1ЗЭ; р =
= 750 кПа; 3 — АСР 100/80—МС2; р = 1200 кПа
1. Состав электролитов ЭНИМС для комбинированной об рабочей
Марка Компоненты Содержа- ние, г/л Плот- ность, г/см3 Удельное электри- ческое сопроти- вление, Ом« см
ЭНИМС-1 Глицерин Карбонат натрия Нитрат натрия Нитрит натрия 10-20 4—5 50—60 4—5 1,04—1,06 15 — 20
ЭНИМС-2 Карбонат натпия Нитрат натрия Триэтаноламин 20—30 100—110 15 — 20 1,09—1,11 11-13
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 311
тивно-технологическим признакам. При их проведении обычно исполь-
зуют электронейтральный инструмент и автономный катод. Деталь
также включена анодом.
Электрохимическое хонингование (ЭХАХО) и суперфиниширование
(ЭХАСФ) также представляют собой анодное растворение поверхности
обрабатываемой заготовки, сопровождающееся образованием трудно-
растворимых продуктов, непрерывное
или периодическое удаление которых
производится с помощью перемеща-
ющегося относительно поверхности и
контактирующего с ней под малым
давлением электронейтрального ин-
струмента (притира, бруска, хона).
Кинематика перемещений инстру-
мента та же, что и при обычном
Рис. 21. Зависимость удельного расхода
алмазов (а), производительности (б) и
стоимости обработки (я от скорости круга
при обработке сплава сталь 45 (F —
=2,10 см2; £7=6 В; \,Сц==70 дв. ход/мин):
1 — АСР 100/80—МО13Э, р = 750 кПа;
2 — АСР 160/125—МО13Э, р =750 кПа;
3 — АСР 250/200—МО13Э, р =750 кПа;
4 — АСР 100/80—МС2, р = 1200 кПа
Рис. 22. Зависимость удельного расхода
алмазов <у, производительности Q и стои-
мости С (а), плотности тока i и аффектив-
ной мощности 2Уэф (б) при алмазно-элек-
трохимической обработке от поперечной
подачи при обработке сплава ВК8 -j- сталь
45 (7=2,10 см2; £7=6 В; $пр=0,3 м/мин;
vkp ~ 25 м/с)
f)
312
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 23. Зависимость
удельной стоимости ЕС,
силы тока /, эффектив-
ной мощности 2УЭф,.
удельного расхода алма-
зов q от рабочего напря-
жения при алмазно-
электролитическом шли-
фовании: круг АЧК
150Х10X3X32 АСВ 10С/80,
МА — 5 100 %; мате-
риал заготовки — сталь
Р6МЗ (16X41 мм); vKP=
= 18 м/с; snp=l,2 м/мин;
5 поп= * = 0,01 мм/ход;
электролит: 8 % К NO3r
5% Na3PO4, 2 % Na2CO3,
85 % Н2О
хонинговании и суперфинишировании. Удельный съем обычно в не-
сколько раз превышает тот же показатель для абразивного хонинго-
вания, и суперфиниширования данного материала до той же шерохо-
ватости.
Скорость съема 10—20 мкм/мин при Ra = 0,08-4-0,09 мкм и отно-
сительном износе инструмента 10—20%. Напряженйе (при автоном-
ном катоде) до 24 В.
Анодно-абразивная обработка (ААБО) — разновидность ЭХКО,
проводящаяся, в отличие от других, с помощью несвязанного абра-
зива или абразивных тел. Из практически освоенных операций здесь
различают анодно-абразивное галтование (ААБГ), анодно-абразивное
барабанное полирование (ААБП), анодно-абразивное полирование при-
тирами (ААПП).
Анодно-абразивное галтование (ААБГ) — анодное растворение по-
верхности обрабатываемых заготовок, сопровождающееся образова-
нием труднорастворимых про-
дуктов, непрерывное удале-
ние которых производится
механическим воздействием
Рис, 24. Общие затраты (вер-
тикальная штриховка), удель-
ная стоимость инструмента (ко-
сая штриховка) и электроэнер-
гии (без штриховки) при алмаз-
но-электролитическом шлифова-
нии сталей Р6М5, Р9Ф5, P9K10S
Круг АЧК 150X10. АС16МА-5
100 %; электролит: 8 % KNO3;
5 % Na3PO4; 2 % Na2CO3; 85 %
Н2О; t/p = 14,2е 14,3 В. Про-
изводительность для стали
Р6М5 0,27 см3/мин; для Р9Ф5 *-•
0,31 см3/мин; для Р9КЮ
0,32 смя/мин
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 313
Рис. 25. Схема установ-
ки для электроалмазно-
ультразвукового шлифо-
вания:
1 — ультразвуковой ге-
нератор; 2 — магнито-
стрикционный преобра-
зователь; 3 — концен-
тратор; 4 — токоподвод;
5 — выпрямитель; 6 —
обрабатываемая заго-
товка; 7 — бак с элек-
тролитом; 8 — насос;
9 — узел подвода элек-
тролита
мелких твердых тел, перемещающихся вместе с обрабатываемыми
заготовками во вращающемся барабане или вибрирующей емкости.
Кинематика перемещения и приемы проведения те же, что при обыч-
ном механическом галтовании. Скорость съема 20 мкм/мин при Ra =
= 0,63ч-1,25 мкм. Рабочее напряжение зависит от применяемого обо-
рудования. Например, при ААБГ на станке ЛЭ-142 напряжение от 8
до 24 В, сила тока 300 А, длительность процесса 1—2 ч. Материал
твердых тел — фарфор.
Анодно-абразивное полирование в барабанах (ААБП) — это анодное
растворение поверхности обрабатываемых заготовок, сопровожда-
ющееся образованием труднорастворимых продуктов, непрерывное
удаление которых производится механическим воздействием суспензии
мелких абразивных частиц, перемещающихся вместе с обрабатывае-
мыми заготовками во вращающемся барабане или вибрирующей ем-
кости.
Кинематика перемещения и приемы проведения те же, что при
обычном механическом галтовании в суспензиях (ротофинишировании).
Линейная скорость съема 10 мкм/мин при шероховатости Rz — 0,05ч-
4-0,100 мкм.
Анодно-абразивное полирование притирами (ААПП) — анодное
растворение поверхности обрабатываемых заготовок, сопровожда-
ющееся образованием труднорастворимых продуктов, непрерывно уда-
ляемых неэлектропроводным притиром, трущимся о поверхность об-
рабатываемой заготовки. Ток подводится с помощью отдельных ка-
тодов. Материал притиров — дерево, поролон, резина. Абразивные
314
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
2. Эффективность АБЭХО и АЛЭХО по сравнению с обработкой резанием
Операция Повышение производитель- ности Улучшение ка- чества Экономия ин- струмента Автоматизация полная или ча- стичная Оборудова- ние
Внутреннее шлифование одно- проходное глубинное, много- проходное + + 4- 4- СШ-101
Заточка режущего инструмен- та, оснащенного твердым спла- вом (резцов, фрез и др.) по передней и задней граням + + 4- 4- 3622Э ЗЕ624Э
+ + 4- 3626Э 3672
Круглое шлифование наруж- ное, внутреннее, цилиндриче- ских и конических деталей, врезное, глубинное 4- + 4- 4- ЭЭ110 М
Обработка сложно-контурных отверстий (контурная доводка) + 4- 4- 4- 4462ФЗ
Плоское шлифование торцом или периферией круга + + 4- 4- ЗЭ731 ЗЭ754 ЛФ1
Профилирование твердосплав- ного инструмента + + 4- 4- ЗЭ70В
Профильное шлифование 4- 4- 4- 4- ЗЭ70ВФ2
Сглаживание неровностей и скругление кромок обработ- кой мелких деталей в бараба- нах (ААБО) + 4- 4- 4- ЛЭ142
Суперфиниширование В 3 — 15 раз 4- 4- 4- 3971БЭ
Хонингование + 4- 4- 4- 38 20Э, 3822Э
Примечание. Все операции указаны применительно к обработке
твердых, магнитных, жаропрочных, коррозионно-стойких сталей и трудно-
обрабатываемых резанием сплавов, титана и т. п.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 315
3. Себестоимость съема 1 смй твердого сплава при АЭХО
о X S ов, мг/г л о Доля отдель- ных статей себестоимости, % ин* см2) ЭВ, мг/г л о Доля отдель- ных статей себестоимости, %
Q, мм3 /(iv т со S Ч СО X <5- Себестоим коп/см3 Зарпла- та ж « Д <и S S Электро- энергия 2 S СУ со со 2 Ч со Себестоим коп/см3 Зарпла- та Д “ S s Электро- энергия
400 1 2 9,2 10,1 83 75 11 18 6 7 1000 2 3 5,7 6,6 52 45 32 41 16 14
6,3 7,2 15 26 2 3
600 1 2 «3 71 3 6,0 4 2 45 13
800 2 3 6,5 7,4 58 51 28 37 14 12 1200 4 6,9 36 52 12
4. Показатели АЛЭХШ при обработке инструментальной стали
Марка стали алмазов Q Z, А/см2 Мощ- ность ^эф’ кВт Себестои- мость, коп/г
мг/г S о S мм3/мин г/мин
ХВГ 3,5 31,5 214 1,86 64 0,7 1,80
Р18 3,6 31,4 202 1,75 53 1,9 1,69
Р14Ф4 6,0 52,4 200 1,74 48 1,2 2,52
Р9М4К8 5,-2 42,2 206 1,79 55 1,3 2,33
Р9Ф5 6,4 55,9 214 1,86 57 1,4 2,62
Примечание. Обработка кругом АЧК150х 20Х 3 — АСВ 125/100—*
МО13Э —100 при U « 9 В; F = 3 см2; укр = 25 м/с; snp = 1,5 м/мин; snon =
•= 0,05 мм/дв. ход).
316
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
б. Длительность обработки твердосплавных валков для горячей прокатки
алюминиевой катанки
Операция Снимаемый припуск, мм Длительность удаления припуска,
алмазным кругом АЛЭХШ
Шлифование: плоское 4,0 16,0 1,6
внутреннее 5,0 28,0 2,0
наружное 6,0 36,0 1,5
Профилирование ручья 5,1 47,0 0,7
Общая длительность обработки — 127,0 5.8
Примечание. Материал валка — сплав ВК15^ £>нар «= 279 мм,
DBH = 222 мм; Н = 24 мм
6. Влияние рода тока на основные показатели АЛ ЭХ Ш
Ток Алмазный инструмент Q, г/(мин«см) W, Вт« ч/г мг/г Rz, мкм
Пульсирующий: однополупериодный двухполупериодный Переменный: симметричный асимметричный прерывистый Пульсирующий однопо- лупериодный (обратная полярность) АСМ40/28—МС1 АСВ80/63 0,058 0,178 25,5 6,2 6,00 1,83 0,82 1,75
АСМ40/28—MCI АСВ80/63 0,038 0,081 57,8 27,0 4,57 1,55 0,62 1,57
АСМ40/28—MCI АСВ80/63 0,0446 0,143 49,0 15,3 6,15 1,71 0,66 1,72
АСМ40/28—MCI АСВ80/63 0,0735 0,183 15,0 6,0 3,66 1,38 0,64 2,08
АСМ40/28—MCI ACB80/63 0,0763 0,173 14,4 6,35 9,25 3,03 1,68 3,4
Условия обработки: амплитудная и средняя плотность тока
100 и 60 А/см2; среднее рабочее напряжение 3,75 В; частота импульсов 50 Гц;
усилие прижима инструмента к детали для АСВ80/63 — 315 кПа; для
АСМ40/28—MCI — 100 262 кПа; средняя скорость инструмента 2,0 м/с; частота
вращения детали 50 об/мин; амплитуда осцилляции детали 2,5 мм.
7. Рекомендуемые характеристики кругов и режимов при АЛЭХШ твердосплавного инструмента
Способ обработки Связка Марка алмаза Зернистость Концентра- ция, % и, В э/w SOCH’ ДВ. Х./МИН 5поп» мм/дв. X Snp,' м/мин р, МПа
Упругая заточка:
по пластинке твердого сплава со стальной державкой МО13Э МВ1 АСР АСР, АСВ 125/100—250/200 100/80—250/200 100 100— 150 6—8 5 — 7 25—35 20—25 60—70 40—60 — — 0,2—1,0 0,5—1,5
только по пластинке твердого сплава или с касанием стальной державки МС2 М15 АСР АСВ 100/80—125/100 100/80—200/160 6—8 4 — 6 25 — 30 25 — 30 60 — 70 50—70 — — 1,2—1,5 0,2—1,0
Глубинная заточка:
по пластинке твердого сплава совместно со стальной державкой МО13Э МВ1 ТМ2—5 АСР АСР, АСВ АСВ 200/160—250/200 100/80—250/200 100/80—200/160 100 6—8 6—9 7—9 25—30 25 — 35 25 — 30 — 0,3—1,0 0,3—1,0 0,3—1,2 0,2—0,4 0,2 —0,4 0,3—0,4 —
только по пластинке твердого сплава или с касанием стальной державки МО13Э МВ1 М15 АСР АСР, АСВ АСВ 125/100—200/160 100/80—250/200 100/80—200/160 6 — 8 6 — 9 6—7 25 — 30 25 — 35 25—30 — 0,4—1,0 0,3—1,0 0,4 —1,0 0,3—0,5 0,3—0,5 0,2—0,4 —
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 317
8. Максимальные скорости продольной подачи (мм/мин) при съеме металла анодным растворением
Материал детали Зернистость алмаз- ного круга, мкм Глубина шлифования, мм
0.1 0,2 0,3 0,5 | 0.7 0,9 1.0
Твердый сплав ВК8 80/63 34 24 20 15 13 12 И
125/100 17 12 10 8 6 5 4
200/160 12 8 7 5 4 3 2
Сплав ЮНДК35Т5 80/63 52 37 30 24 19 18 16
125/100 26 19 15 12 10 9 8
200/160 18 12 10 8 7 6 5
9. Режимы и технологические показатели алмазно-электрохимического затачивания твердосплавного напайного инструмента
Операция Тип круга и, В X X 2 S Е О С С5 Е S g С1 s’npOA' м/мин Q, мм3/мин <7И. МГ/Г Ra, мкм F, см2
общая твердосплав- ной части
Заточка по задней главной по- верхности проходного резца АЧК 150x20 АСВ 80/60 МВ1 5 — 6 — 1,5 — 1,8 1—2 600—800 2—4 0,32—0,16 24 1,8
Заточка по передней поверхности расточного резца АЧК 150Х 20 АСР 125/100 МО13Э 7 — 8 2 — 5 — 3—4 700—900 1—3 0,63 — 0,32 — —
Заточка торцовой фрезы по глав- ной задней поверхности АЧК 150Х 20 АСВ 125/100 МВ1 6—7 3—5 — 1—2 400—600 6—8 0,32—0,16 3,2 0,5
Заточка фасонного резца для тан- генциального точения АЧК 150Х 20 АСВ 125/100 МО13Э 7 — 8 6—8 1,5 2 — 3 800—900 1—3 0,63 — 0,32 1,9 0,8
.318 КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
10. Режимы и показатели процессов абразивно-электрохимического шлифования материалов (электролит ЭНИМС-1)
Шлифо- вание Материал заготовки Тип круга и, В Одет’ м/мин 5прод, м/мин Уугл> мм/мин Глубина шлифования за проход, мм •?ПОП’ мм/дв. X. Q, мм8/мин 4И, мг/г Ra, мкм
Сплав ЮНДК35Т5 ПП 250Х 25 МК16СЭШ2 АПП 250Х 10 АСВ 100/80 Ml 7—8 7 — 8 — 10—12 6—10 — 0,02—0,04 0,03 — 0,05 2 — 3 3—4 3000 — 4000 6000— 7000 0,8—1,5 0,63—0,32 0,15—0,08
Плоское Сплав ВК8 АПП 250Х Ю АСВ 125/100 МВТ АПВ 250Х 20 АСВ 100/80 Ml 6—7 6—7 — 0,09 8 — 10 0,05— 0,07 1,0—1,2 — 900 — 1000 5000— 7000 1,2—1,6 0,5 —0,6 0,32—0,16 0,32—0,16
Сплав ЮНДК35Т5 АПВ 250Х 20 АСВ 100/80 Ml 7—8 — 5—7 0,02 — 0,03 — — 5000— 7000 0,3—0,5 0,32 — 0,16
Круглое наружное с про- дольной подачей Сплав ВК6, ВК8, ВК15 АПП 250Х 10X3 АСВ 125/100 Ml или АСВ 100/80 МВ1 6 — 8 0,5 — 1,5 3 — 5 0,5—1,0 0,8—1.5 — 0,2 — 0,05 0,02—0,01 — 1200 — 1500 1,5 —2,5 0,7—1,2 1,25 — 0,63 0,63—0,32
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 319
Шлифо- вание Материал заготовки Тип круга и, В Удет* м/мин 5'прод> м/мин
Круглое наружное с про- дольной подачей. Сталь ЗОХГСНА АПП 250Х 10X3 20 — 24 15—18 0,2 —0,3
АСР 125/100 МВ1 6-7 7—8 4 — 6 1,5 — 2,5 1 — 1,2 0,5—1,0
Сплавы ЮНДК24 ЮНДК35Т5 АПП 250Х 10Х 3 АСР 125/100 МВ1
Вольфрам (монокри- сталл) АПП 250х 10X3 АСР 1 25/100 МВ1
Круглое врезное наружное Сплавы ВК6 ВК8, ВК15 АПП 400Х 40Х 5 5—7 10—18 —
Т15К6 ЮНДК24 ЮНДК35Т5 АСВ 125/100 МВ1 АПП 250Х 10X3 АСВ 125/100 Ml 5 — 7 8 — 10 —
Продолжение табл. 10
иугл» мм/мин Глубина шлифования за проход, мм Snon’ I мм/дв. X. Q, ммя/мин Рц, мг/г Ra, мкм
— 0,02 — 0,01 — 800— 1200 1,6 —3,2 0,63-0,32
— 0,1 — 0,05 — 3000— 5000 1,5—2,2 0,63
— 0,02 — 0,01 — 500— 1000 — 0,63—0,32
1-1,5 — — 6000— 7000 0,8—1,2 1,25 — 0,63
1,5— 2,5 — - 4000— 5000 . 0,4 —0,6 1,25-0,63
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
11. Режимы и показатели абразивно-электрохимического суперфиниширования деталей (электролит ЭНИМС-1)
- Деталь Ь Материал детали (сталь) Исходный пара- метр шерохова- тости Ra, мкм Тип бруска и £ р, МПа удет> об/мин SOCU’ Дв- х./мин Ra, мкм Машинное вре- мя, мин Съем, мм3/мин Точность в сечении, мкм
попереч- ном продоль- ном
Пиноль токарного 40Х 0,63 КЗМ7СТ1КЛ 15—17 310 400 550 0,08— 2,2 400— 0,8— 3—4
станка 0 75x300 мм Шпиндель коорди- ШХ15 0,63 КЗМ7С2КЛ 6—9 250 550 550 0,04 0,04 2,0 500 150— 1,0 0,6 — 2—3
натно-расточного станка 0 35Х 280 мм Барабан 0 280Х 12Х18Н9Т 1,25 КЗМ7 с графи- 12—15 160 400 800 0,08 12,3 300 300— 0,8
X 500 мм Стойка шасси 0,63 товым напол- нителем КЗМ10СТ2КЛ 17—20 250 550 800 0,08— 1,4 400 500— 0,6 — 1—2
0 75Х 150 мм 0,04 600 0,8
12. Режимы и основные показатели абразивно-электрохимического хонингования (электролит ЭНИМС-1)
Деталь Тип бруска и, В Частота вращения хона, об/мин л i> «г о О 6 о S X X ~ X о О. К S Q Е Ж S р, МПа от S S S от> е° К S и Kts брусков, мг/г Ra, мкм л 5 о О \О = та 5 аг сх 2 О \О х F- о s
Гильза чугунная (HRB 55—60) АСМ20 МВ1 10—12 10—12 20—30 12—15 40—60 0,1 — 0,15 0,1—0,2 0,16 — 0,08 5—7
Гильза цилиндра из стали ШХ15 (HRC42—52) АСМ 10 Ml 7 — 8 3—5 60—70 10—12 20—30 0,2—0,3 0,1 —0,2 0,16 7—9
Цилиндр из стали 38Х2МЮА АСР32 МВ1 7—9 2—3 100 — 200 10—12 20—30 0,07— 0,09 0,2—0,3 0,63— 0,32 / 3—5
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 321
322
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
13. Технические характеристики станков дли заточки инструмента АЭЭШ
с источником тока ИТТ-35
Параметр ЗЕ624ЭР ЗЕ667РФ1
Тип и размеры шлифовального круга Размеры зеркала стола, мм Частота вращения круга, об/мин Врезная подача, мм/мин Мощность привода шпинделя, кВт Габаритные размеры станка, мм Масса, кг АЧК 200Х 76х 50Х 20Х 3 560X 280 2050 0,3-10 2,2 2130Х 2160Х 1510 2300 АЧК 200Х 76Х 50Х 20X3 2484 0,01—0,1 мм/дв. ход 4,0 3600Х 2000Х 1975 3600
Примечания: 1. Среднее напряжение питания 2—3 В. Макси-
мальный ток 35 А. 2. Станок мод. ЗЕ624ЭР предназначен для заточки по зад-
ним и передним поверхностям напайных твердосплавных и быстрорежущих
токарных расточных, строгальных резцов; станок мод. ЗЕ667РФ1 — для
заточки и переточки фрезерных головок повышенной точности.
14. Сравнительные характеристики различных методов заточки резцов
Метод Источник питания Обрабаты- ваемый материал <7И алма- зов, мг/г Стой- кость круга, мин Себестои* мость съема 1 см3 металла,- коп
Алмазный (без тока) — Сплав ВК8 Сталь 45 1,5—2 9 — 10 30 15 19,5 31,4
АЭХШ 12 В, 600 А Сплав ВК8 Сталь 45 0,5—1 3—4 Неогра- ниченная 60 17,7 21,6
АЭЭШ ГТИ (22—100 кГц) Сплав ВК8 Сталь 45 2—2,5 4—5 15 3—5 26,0 29,0
ИТТ-35 Сплав ВК8 Сталь 45 Резцы напайные (сплав ВК8, сталь 45) 1,1 —1,4 6-7 5 Неогра- ниченна 18,7 22,5 22,65
Примечание. Станок ЗЕ624Э, при АЭХШ электролит «ЭНИМО-Ь
при АЭЭШ — водная СОЖ для обычного шлифования.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 323
15. Эффективность обработки различных инструментов АЭХШ
по сравнению с заточкой и доводкой инструментами из кубонита и эльбора
Операция Повышение производи- тельности Увеличение стойкости инструмента Снижение трудоемко- сти <u X S К 2 а г д " о « _ Э о s « 3 а « Р U- о cs а Уменьшение расхода аб- разивных кругов Уменьшение стоимости обработки
Глубинная заточка инструмента На 20— 70% На 30% На 20— 70% —
Глубинное плоское шлифование ножей сборных фрез и др. На 30% На 30— 70% На 30— 40% На 30— 60%
Глубинное шлифова- ние: стружечных кана- вок борфрез (ша- рошек) — .— В 9 раз В 6 раз В 10 раз —
стружколомающих элементов на пе- редней поверхно- сти резцов — В 1,5-2,5 раза В 1,7—2,2 раза — — В 1,2— 2,6 раза
Полная полуавто- матическая заточка долотчатых буровых коронок В 2 раза + — — На 30— 35% —
Заточка: червячных фрез В 1,8— 2 раза В 1,5— 1,8 раза — — — —
многолезвийных инструментов (фрезы дисковые, трехсторонние и концевые, зенке- ры) В 1,3 раза В 1,3— 1,7 раза — — — —
порошки мелкой зернистости — электрокорунд, окись хрома. Электро-
лит— раствор пассивирующих солей (например, 10 % NaNO3). Плот-
ность тока 0,5—1 А/см\ Давление притира 50—150 кПа. После обра-
ботки шероховатость Rz = 0,0504-0,100 мкм при зеркальном блеске
поверхности.
Электрохимикоультразвуковая обработка (ЭХУЗ) — разновид-
ность ЭХКО, в которой электрохимическое анодное растворение со-
четается с механическим воздействием абразивных частиц, колеблю-
щихся с ультразвуковой частотой.
В табл. 16 и 17 и на рис. 26—29 приведены некоторые характери-
стики ЭХУЗ.
11*
324
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 26. Зависимость плотности техно-
логического тока и скорости углубле-
ния отверстия от амплитуды ультра-
звуковых колебаний электрода-конден-
сатора. Сплав ВК15; концентратор сту-
пенчатый, 13АСК315/250—Э1; Ь «=□
« 1 нм; лиз == 1000 об/мин; f =
= 22 кГц; U = 5,5 В; рдлт = 600 кПа;
Р «и 100 Н; электролит: 50 г/л Na NO3;
50 г/л NaNO2
Рис. 27» Зависимость скорости углу-
бления отверстия и плотности тех-
нологического тока от давления при-
жима инструмента. Сплав ВК15;
ступенчатый электрод-концентра-
тор, АСК315/250 МС6100 %; Ъ =
« 5 мм; f = 22 кГц; U =4,5 В;
гэл=17-!-28 °C; А = 20 мкм;
РЭЛт ~ 500 кПа; электролит^
50 г/л Na NO3 4- 50 г/л Na NO2
Рис. 29. Зависимость скорости углубления
отверстия и плотности технологического
тока от частоты вращения обрабатываемой
заготовки (инструмент не вращается).
Сплав ВК15; ступенчатый электрод-кон-
центратор с инструментом АСК 315/250-^
МС6100 %; Ъ = 5мм; Р = 70 Н; U = 6 В£
А =20 мкм; рэлт= 450 кПа; *эл = 32°С;
f = 22 кГц; электролит: 50 г/л NaNO3 4*
4- 50 г/л NaNO2
струмента при алмазном (/), уль-
тразвуко-алмазном (2), электро-
алмазном (3), ультразвуко-элект-
роалмазном (4) кольцевом свер-
лении твердого сплава ВК25;
ступенчатый электрод-концент-
ратор; зерно 13АСК 125/100 — Э1;
b = 1 мм; f — 22 кГц; U =
= 5,5 В; рэлт = 700 кПа; Р =
= 350 Н; А = 10 мкм; электро-
лит; 50 г/л NaNO3 + 50 г/л
Na NO2
Основной разновидностью ЭХУЗ,
используемой практически, является
так называемая анод но-ультразвуковая обработка в абразивонесущем
электролите. Это анодное растворение поверхности обрабатыва-
емых заготовок, сопровождающееся образованием труднораствори-
мых продуктов, непрерывно удаляемых механическим воздействием
суспензии мелких абразивных частиц, повышенную кинетическую
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 325
16. Технологические характеристики комбинированной электрохимической
и ультразвуковой обработки сплавов (станок 4772М)
Материал Q, мм8/мин Обрабаты- ваемость, % Износ ин- струмента, % к глубине отверстия Материал Q, мм8/мин Обрабатыва- емость, % Износ ин- струмента, % к глубине отверстия
Сплав: ВК20 Т15К6 Сталь 45 . 400 350 310 100 88 77,5 6 6,5 7,1 20Х12ВНМФ ХН77ТЮ 0Х27Ю5А ХН65ВМТЮ 305 293 280 267 76,2 78,3 70 66,7 7,8 8,2 9,3 12
17. Основные параметры процесса комбинированной ультразвуковой
и электрохимической обработки твердосплавных блок-матриц типа тороида
' Переход Р, даН у а -9е<1л рэл, кПа Уугл ин’ струмента, мм/мин % **ь А, мкм 1 fp, кГц
1. Обработка сфери- ческой лунки и запи- рающего пояска 8—9 80—85 5—6 70—80 1,7- 1,9 8,0— 8,5 45- 49 21,75
Обработка торовой поверхности и кону- са обнижения 14 — 16 150—- 160 6 — 8 200— 225 0,12— 0,14 5,0— 5,5 22— 24 19,6
2. Обработка сфери- ческой лунки, запи- рающего пояска и торовой поверхности 12— 14 140 5,5 120— 140 0,3— 0,32 6,6- 7,2 35 20,32
Обработка конуса обнижения 18 180 7 170— 180 0,25— 0,28 5,7— 6,8 28 19,35
3. Обработка всей поверхности 18— 20 200— 250 6-8 250— 280 0,085— 0,09 5,0— 5,5 22 21,2
энергию которым придает ускорение, осуществляемое подачей механи-
ческих упругих колебаний ультразвуковой частоты на электрод-ин-
струмент. При этом используют различное оборудование для ультра-
звуковой обработки.
Электролит — растворы солей, абразивная взвесь — карбид бора
или карбид кремния. Плотность тока 0,02—0,25 А/мм2, напряжение
4—15 В.
Максимальный износ электрода-инструмента 15—20 % для твер-
дого сплава и 5—10 % для стали. Износ инструмента в несколько
раз ниже, чем при обработке без электролита.
Производительность по твердому сплаву до 400 мм3/мин (станок
4Д772Э). Точность в зависимости от плотности тока от —0,06 до —0,1 мм.
Эле трохи маю-абразивно-электроэрозионная обработка (ЭХ АЭО)—
разновидность ЭХКО, в которой сочетаются электрохимическое, меха-
ническое и электроэрозионное воздействие на обрабатываемую по-
верхность.
В табл. 18—19 приведены назначение и основные характеристики
326
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
18. Основное назначение промышленно выпускаемых станков
для электрохимической комбинированной обработки
Модель Наименование станка Основное назначение
ЗЕ624Э Заточный полуавтомат для электрохимической заточки резцов Заточка по задней поверхности резца с высотой державки до 50 мм совместно со стальной державкой
3626Э Заточный для электро- химической заточки резцов Заточка по передней поверхности резцов с высотой державки до 50 мм совместно со стальной державкой
ЗЭ70ВФ2 Плоскошлифовальный для электрохимического шлифования о ЧПУ Профильное шлифование твердо- сплавного режущего инструмента до 50 мм графитовым кругом с прав- кой шлифовального круга по про- грамме
ЗЭ110М Электрохимический круглошлифовальный универсальный Внутреннее и наружное щлифова» ние твердых,- магнитных сплавов и других материалов
3871БЭ Суперфинишный элек*- трохимический центро- вой полуавтомат Абразивно-электрохимическое су- перфиниширование нарезных ци- линдрических поверхностей дета* лей длиной до 710 мм из закален» ных коррозионно-стойких сталей
ЗЭ754Л Плоскошлифовальный с круглым столом и вертикальным шпинде- лем для электрохими- ческого шлифования с ЧПУ Плоское шлифование твердых ма» гнитных сплавов и других трудно- обрабатываемых материалов
4462ФЗ Алмазно-электрохими- ческий контурно-дово- дочный с числовым про- граммным управлением Доводка алмазно-проволочным ин» струментом фасонных отверстий в деталях вырубных штампов, матриц для экструдирования металлов, вы- резка изделий из минеральных то* конепроводящих материалов. Разме- ры обрабатываемого контура 200X X 125 мм, высота заготовки до 40 мм
С1П101 Электрохимический внутришлифовальный высокой точности Внутреннее шлифование изделий из твердых магнитных сплавов и других труднообрабатываемых ма- териалов. Применим и для алмазно- электрохимического сверления от- верстий и расшлифовывания тем же инструментом
3820Э 3822Э Хонинговальный элек- трохимический верти- кальный полуавтомат Электрохимическое хонингование отверстий диаметром 8—30 мм# длиной до 80 мм Хонингование чугунных и сталь» ных деталей диаметром 20—80 мм, длиной до 130 мм
3672 Станок для электрохи- мической заточки ре- жущего инструмента Заточка твердосплавного инстру» мента (фрез, зенкеров, разверток, резцов и др.) с плоскими затачи- ваемыми поверхностями. Наиболь» ший размер инструмента в центрах 250 мм, в бабке 400 мм, наиболь- шая длина инструмента 450 мм
ЗЭ731 Электрохимический плоскошлифовальный с вертикальным шпин- делем и прямоугольным столом Плоское шлифование изделий из твердого сплава в условиях инди» видуального и мелкосерийного про» изводства
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 327
Рис. 30. Типовые схемы анодно-меха-
нической обработки:
а — резка; б — шлифование паза; в —
шлифование вала; г — полирование
внутренней поверхности трубы; д —
полирование лентой
станков, используемых для проведения описанных выше разновидно-
стей ЭХКО (кроме АМО).
Анодно-механическая обработка (АМО) представляет собой группу
комбинированных методов, переходных между электрохимическими и
электроэрозионными, причем этот переход обусловливается энергети-
ческими параметрами; с повышением напряжения и увеличением удель-
ной мощности, подводимой в зону обработки, процесс смещается в на-
правлении электроэрозионного, а при снижении напряжения и удель-
ной мощности — в сторону электрохимического.
Особенностью группы анодно-механических методов является
широта диапазона выполняемых операций. Чистовые разновидности
анодно-механической обработки позволяют получать изделия с малой
шероховатостью, а черновые — обрабатывать твердые металлические
материалы с интенсивностью съема 8-Ю3—1 • 104 мм3/мин и выше.
Метод анодно-механической обработки — первый среди нашедших
промышленное применение методов ЭФЭХКО.
Анодно-механическая обработка проводится по различным режи-
мам, параметры которых изменяются в зависимости от требований
к качеству обработанной поверхности, вида операции и необходимой
производительности.
В табл. 20 перечислены типовые операции АМО и даны их пре-
имущества по сравнению с обработкой резанием. На рис. 30 приве-
дены принципиальные схемы выполнения различных операций анодно-
механической обработки, в табл. 21—26— основные технические харак-
теристики этих операций, сведения о составах электролитов, режи-
мах обработки, типах оборудования, и общих для различных опе-
раций зависимостях.
В процессе анодно-механической обработки поверхность обраба-
тываемой заготовки является анодом, обрабатывающий инструмент —
Параметр 3672 | ЗЕ624Э | 3626Э | 3622Э ЗЭ731 | ЗЭ754ЛФ1| ЗЭ70ВФ2
Затачивание твердосплавного инструмента Плоское шлифование
Габаритные размеры из дел ня,- мм: длина 450 300 300 200 630 400
ширина — — 200 — 100 Я С-4)
высота ....... 12—50 12—50 6—32 320 5—200 300
диаметр 250—400 — —* — — 20—500 . >— .3. ст
♦Диаметр шлифуемого отверстия, мм —- — — — —— S
Наибольшая, длина обработки, мм —— —— — —- 500 я—— I
Размеры зеркала стола, мм 900Х 140 560X 280 400Х 200 400Х 220 630Х 200 500 —- S
Тип круга и размеры, при шлифовании АЧК 150 АЧК 200 ,АЧК 150 АЧК 150 0 250 До 0 300 До 0 200 *0
Наибольший рабочий ток, А 300 100 • 100 — 2000 2000 600 О
Частота вращения, об/мин: круга 2850 1950 2540 2540 2300 1460 2880 03 >
стола — — — 3,8—21 — X
Продольное перемещение, мм: стола 280, 380 900 450 X Е
бабки 65 . 65 25 — — W
Скорость продольного перемещения стола 0,5—6 0,2—3 0,2—3 — 0,1—6 — 0,5—450 £
(бабки), м/мин Вертикальное перемещение шпиндельной го- 250 — — — 320 225 —
ловки, мм Усилие прижима инструмента к изделию, Н 500 — — — — о
Производительность по твердому сплаву (ста- 700—900 700—900 700—900 — 1500 3000— 150—170
ли), мм3/мин Точность обработки,- мм 0,02—0,05 0,01 5000 0,006 0,01 — 0,02
Ra, мкм 0,16—0,32 0,16—0,32 0,16—0,32 0,16 — 0,32 — 0,063—0,32 0,63—0,32
Мощность привода шпинделя, кВт 2,2 2,2 1,5 1,5 1,5 13 2,2
Напряжение источника питания, В 2, 4, 6, 13 2—6 6 6 2—12 3—12 2—12
Максимальный ток, А 200 630 320 100 3200 3200 600
Габаритные размеры станка с приставным 2440Х 1885Х 2170Х 1200Х 2540 X 3960Х 1870Х
оборудованием, мм X 2400Х X 2480Х X 2300Х X 1280Х X 1380Х X 3530Х X 1350Х
Масса, кг X 1800 4055 X 1600 2330 X 1700 2100 X 1500 950 X 2330 5500 X 2280 6900 X 1870 1800
Параметр ЗЭ110М | СШ101 387 БЭ 3820Э | 3822Э
Шлифование отверстий Суперфини- ширование Хонингование
Габаритные размеры изделия, мм:
длина 200 110 710 80 200
ширина ям —. 140 200
высота —— — — 140 200
диаметр 3 — 140 До 250 280 —
Диаметр шлифуемого отверстия, мм 10—25 5—100 40—140 8—30 20—80
Наибольшая длина обработки, мм 180 ПО 710 80 ' 130
Размеры зеркала стола, мм «м. — «м
Тип круга и размеры при шлифовании: — •м
внутреннем АПП (180—250)Х15 — —
наружном АГЦ 6x8; АГЦ 12X6; — —- •_
АПП 20Х 10 АПП 25Х 10
Наибольший рабочий ток, А 300 м.
Частота вращения, об/мин: — — 30—960 315; 500; 80—630
круга 800
стола — •Mi
Продольное перемещение, мм:
стола 300 450 0—400 ♦> ——
бабки —
Скорость продольного перемешения стола (бабки), м/мин 0,03^1,5 1 — 10 0,5—3 ♦> 0—16 *1 0 — 12
Вертикальное перемещение шпиндельной го- ловки, мм — — До 100 15—200 30—320
Усилие прижима инструмента к изделию, Н — 0—1000 0—1000
Производительность по твердому сплаву (ста- ли), мм3/мин 1000 400—600 — — (0,30 мм/с)
Точность обработки, мм 0,008 — 0,001—0,002 0,05
Ra, мкм 0,063 0,04 0,16 — 0,04 0,63
Мощность привода шпинделя, кВт 3 7,56 3 0,75 2,2
Напряжение источника питания, В 2—12 2—12 2—24 12 2 — 24
Максимальный ток, А 630 630 630 630 1500
Габаритные размеры станка с приставным 2330X 2670X 1550 2700Х 1300Х 1515 3160Х 2800Х 2750Х 2925Х
оборудованием, мм X 1990 X 1850Х X 3485X
X 2145 X 2965
Масса, кг 3100 4750 4900 2760 3000
♦* Скорость перемещения головки.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 329
330
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
20. Типовые операции АМО и их эффективность по сравнению с обработкой
резанием
Операция Снижение трудоемкости Повышение производи- тельности Сокращение потерь в от- ходы Экономия режущего инструмента Улучшение качества по- верхности Оборудование
Анодно-механическая резка
Вырезание профильных деталей из листового труднообрабатываемого сплава Отрезка литников и при- былей отливок + 4- В 5—6 раз 4- 4- 4- Ленточные станки 4820, 4А821
Прорезка щелей в тру- бах и листах Разрезание слитков и заготовок из жаропроч- ных, инструментальных, кислото- и коррозионно- стойких и других труд- нообрабатываемых мате- риалов диаметром, мм: 4- 4- 4820, 4А821
100 + 4- - 4- 4А820, 4А821
250 + 4- 4- 4 840, 4А822
400 + 4- 4- 4А-850, МЭ-12
630 4- 4- 4- МЭ-31М2, 4А-860
1000 4- 4* 4- 4- 4870
Разрезание труб диаме- тром до 600 мм + 4- 4- 4- МЭИ
Анодно-механическое шлифование
Заточка и доводка твер- досплавного режущего инструмента 4- 4- 4- —-•
Профилирование рез- цов, оснащенных твер- дым сплавом 4- 4- 4- —
Черновая обдирка от- ливок и поковок типа тел вращения 4- 4- 4- —
Шлифование твердых сплавов черновое и чи- стовое 4- 4- 4- —•
Шлифование твердо- сплавных втулок 4> 4- 4- 4- —
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 331
21. Плотность (в г/см3) водных растворов силикатов натрия
с различным модулей и при различной концентрации
Концен - трация раствора, % Модуль силиката натрия (SiO2 : Na2O)
3,90 3,36 2,40 2,06 1,69 1,00
1 1,006 1,006 1,007 1,007 1,007 1,0094
10 1,080 1,083 1,090 1,093 1,098 1,1122
16 1,134 1,139 1,152 1,145 1,163 1,1866
24 1,211 1,222 — 1,247 1,259 1,2926
30 1,275 1,290 1,309 1,321 1,337 —
38 — 1,393 1,415 1,423 1,456 —
50 — — — 1,594 — —
22. Вязкость (в сП) водных растворов силикатов натрия при 20 сС
Концентра-• ция рас- твора, % Модуль силиката натрия Концентра- ция рас- твора, % Модуль силиката натрия (SiO2 1 Na2O)
(SiO2 : Na2O)
3,90 3,36 2,44 2,06 3,90 3,36 2,44 2,06
3 3,3 4,2 3,0 3,0 34 — 55 30 35
10 6,5 7,3 5,2 7,5 38 — 270 72 70
20 12 12 9 12 44 — — 400 310
30 49 27 19 22 47 — — — 750
23. Режимы анодно-механической обработки
Операция Ур. в i, А/см2 Р. кПа икр« м/с мм3</мин Ra, мкм Rz, мкм
Черновая обработка
Резка стали: диском 20—28 70— 500 50- 200 10-25 2000— 6000 — 160— 20
лентой 20—23 50— 300 50- 150 15-20 3000 — 7000 — 80-10
Резка твердых спла- вов диском 12—18 40— 150 50- 100 20-25 1000— 2000 — 80-10
Долбление полостей 19 — 25 5—15 50— 200 0,5— 2,0 50- 250 1,25 — 2,5 10—40
Шлифование 16-20 8—15 50- 150 20-30 10—30 0,63 — 2,5 —
Затачивание инстру- мента 18—22 15 — 25 20- 150 12—20 120— 200 1,25— 2,5 10-40
332
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Продолжение табл. 23
Операция Vp. в i, А/см2 Р, кПа VKP’ м/с Q, мм’/мин Ra, мкм Rz, мкм
Чистовая обработка
Шлифование; чистовое 14-16 3-7 50— 150 20—30 2—15 0,08— 0,63 . —
отделочное 4 — 5 0,5— 1,0 50- 500 0,5— 1,0 2-3 0,02— 0,160
притирочное 10—20 0,5— 1,0 100— 140 30 2-6 0,04— 0,32
Хонингование 3 — 20 0,1 — 10 25— 500 0,5— 1,1 0,5—20 0,04 — 0,32 До 0,025
24. Режимы анодно-механической резки
Материал Размеры сечения или диа- метр, мм Время резки, мин ^угл» мм/мин и, В /, А
Дисковый электрод-инструмент (D = 400 мм, б = 0,8 мм)
3,8 13,2 24 100
Хромомолибденовая 60Х 60 4,0 15,0 24 100
сталь 80Х 80 5,5 14,5 24 120
100Х 100 8,0 12,5 24 130
120Х 120 12,0 10,5 23—25 150
130X130 14,0 9,3 24 — 26 180
Сталь У10 60 3,5 17,0 23—24 100
80 4,8 16,7 23 — 24 120
100 6,5 15,4 23 — 24 150
125 11,0 11,4 23—25 150
150 15,0 10,0 26 — 28 200
Ленточный электрод-инструмент (В = 40 мм, б — 0,8 мм)
Хромони келевая 200 20,0 10,0 26—28 300
сталь 250 25,0 10,0 26—28 400
300 30,0 10,0 26—28 400
400 45,0 9,0 28—30 500
500 60,0 8,0 28—30 600
600 70,0 8,0 30-32 600
1000 200,0 5,0 32—34 1000
25. Технические характеристики анодно-механических ленточных отрезных станков и разрезаемых на них заготовок
Параметр 4840 МЭ-12 4А-850 4А-860 МЭ-31 4870
Габаритные размеры, м Масса, кг: 1,7X1,8X2,1 2,6Х 1,8Х 2,7 4,ЗХЗ,5Х 3,1 4,2Х 3,5Х 3,3 3,9Х 2,IX 2,7 3,5X3,2X4,7
станка 1800 4000 7000 7400 8500 12 000
общая (с комплектующим обору- дованием) Площадь общая, м 2800 7000 12 000 12 400 13 600 35 600
2, IX 3,3 3,1X3,3 11,0X3,3 11,0X3,3 12,1X3,3 11,1X7,5
Длина стола, мм 1000 1650 1650 — 2500
Ширина стола, мм 400 710 710 — 1250
Объем бака для электролита, л 250 150 500 500 500 500
Подача электролита, л/мин Мощность потребляемая станком, кВт 45 45 90 90 90 90
29 20 33 33 33 9
Мощность выпрямителя, кВт 25 16 25 25 25 43
Напряжение выпрямителя (регу- лируемое), В 21—36 21 — 26 21 — 26 21 — 26 21 — 26 21 — 26
Сила тока, А 630 400 630 630 630 1000
Размеры инструмента-ленты, мм 4100Х30Х 5700Х40Х 6200Х ЗОх 6660Х ЗОХ 7500Х 40Х 10 000Х40Х
Скорость установочного перемеще- ния стола и инструмента, мм/мин X (0,5—0,8) Х(0,8—1,2) X (0,8—1,0) X (0,8—1,0) Х(0,8—1,2) Х(1,0—2,0)
1800 1200 1200 1200 1200 1700
Скорость рабочей подачи (регули- ровка бесступенчатая), мм/мин Относительное перемещение, мм: 3,5 — 70 2,5—35 2,5 — 35 2,5—35 2,5—35 1,25—28
инструмента 630 600 1000 1000 850 2000
разрезаемой заготовки Разрезаемая заготовка: 250 — 400 400 — 1000
длина, мм 1000 600 600 600 600 600
масса, кг Отрезаемая заготовка: 1000 1500 2500 5000 10 000 50 000
диаметр (высота), мм 250 350 400 630 750 1000
длина, мм 400 600 750 750 Не огра- ничена < 1000
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 333
334
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
26. Характеристики заготовок, разрезаемых на анодно-механическом станке
с источником тока ТЕ 1-800/48Н-9У4
Материал заготовки Сечение, мм? я S 2. СУо Rz, мкм Материал заготовки О) S Я Ф Ф S и S к Я СУо Rz, мкм
Сталь: 12Х18Н9Т 250 36 — 30 400 Молибден 170 130 13 — 15 9—13 320 160
12ХГНТ ?50 35—39 400 Вольфрам 120 11 — 13 160
12Х18Н9Т 180 44 — 48 400 Никель ПО 24-28 320
катодом. В зазоре между электродами находится электролит. Между
электродами возникают электрохимические процессы, в результате
которых металл анода растворяется с образованием на поверхности не-
металлической пленки продуктов растворения. Движущийся относи-
тельно анода и прижимающийся к нему под давлением катод-инстру-
мент соответствующей формы механически удаляет образующуюся
пленку, обеспечивая бесперебойное течение процесса дальнейшего
растворения металла. Из большого числа электролитов, пригодных
для подобной обработки, наилучшим является жидкое стекло (водный
раствор силикатов натрия).
Основные характеристики этого электролита приведены в табл. 21
и 22 и на рис. 31.
Рис. 31. Основные характеристики растворов жидкого стекла;
а электрическое сопротивление; б ₽- вязкость
&)
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 335
27. Рекомендации по анодно-механической резке металлов и оценке их
обрабатываемости
Номер группы Группа материалов Характе- ристики электро- лита Электрические пара- метры и зависимости от высоты реза Коэффициент обра- батываемости
Плотность, г/см3 Модуль М Высота ре- за, мм и, В V 7
—-
I Теплостойкие, хроми- 1,31 2,8 12—60 21 80—100 1,0-
стые, хромоникелевые 60—120 24 120—200 1,1
и хромомолибденовые 120—250 27 220—300
стали перлитного и мар- тенситного классов 250—400 27 300-400
II Коррозионно-стойкие 1,28 2,65 12—60 21 80—100 0,7 —
хромистые и сложноле- 60—120 24 100-200 1,1
тированные стали фер- 120—250 27 200—300
ритного, мартенситно- ферритного и мартен- 250—100 27 300—400
ситного классов
III Коррозионно-стойкие,' 1,21 2,75 12—60 24 50-120 0,7—
кислотостойкие, жаро- 60—120 24 120—200 1,1
стойкие, хромоникеле- 120—250 27 200—300
вые стали аустенитного и переходного аустенит- но-мартенситного клас- сов 250—400 27 300-350
IV Жаропрочные, жаро- 1,27 2,65 12-60 24 80—100 0,8—
стойкие, кислотостой- 60—120 24 100—200 0,9
кие, хромоникелевые, 120—250 27 200—250
хромоникелемарганцо- вистые сложнолегиро- ванные стали аустенит- ного класса 250—400 27 250-350
V Жаропрочные деформи- 1,25 2,55 12—60 21 60-80 0,7—*
руемые сплавы на же- 60—120 24 100—180 0,8
лезоникелевой и нике- 120—250 24 180—200
левой основах 250-400 27 200—400
VI Окалиностойкие и жа- 1,25 2,65 12—60 24 60-80 0,7—
ропрочные литейные 60—120 24 80-150 0,9
сплавы на никелевой 120—250 27 150-200
основе 250—400 27 200-300
VII Сплавы на титановой 1,22 2,55 12—60 24 20—80 0,6—
основе 60-120 24 80—150 0,8
120 — 250 27 150—200
250—400 27 200-300
336
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Продолжение табл 27
2 Характе- ристики электро- лита Электрические пара- метры и зависимости обра-
ОТ ВЫСОТЕ । реза
р ГРУПП Группа материалов л о ас £ ч ф ь S f- S X ь ф о к о а 3 s « eg
S О os Ч Q Й о о S 3 ’ CQ S < г ° m
X сг £ М и xS
VIII •Высокопрочные стали 1,23 2,55 12—60 60—120 120—250 250—400 24 24 27 27 20—80 80—150 150—200 200—300 0,6— 0,7
IX Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе 1.3 2,50 12—60 60—120 120—250 250—400 24 27 27 27 80—100 120—200 220—300 300—400 0,5- 0,6
X Сплавы на основе цвет- ных металлов 1,23 2,60 12-60 60—120 120—250 250—400 24 24 27 27 50-120 120—200 200—300 300-350 0,7 — 1.1
Примечание. Расход электролита 45 л/мин.
23. Коэффициенты обрабатываемости металлов в зависимости
от их теплофизических свойств
Температура плавления Гпл. °C Температуро- проводность а, см2/с Коэф- фициент обраба- тывае- мости KQ Температура плавления Т °г 1 ПЛ’ Температуро- проводность а, см2/с Коэф- фициент обраба- тывае- мости
До 1400 0,01 — 0,02 1.1 1400-1700 0,03 — 0,05 0,9
1400—1700 0,02 — 0,03 1,0 0,05—0,07 0.7
До 1400 0,02—0,03 0,9 1700—2400 0,02-0,04 0,6
0,03—0,05 0,8 2400 — 3000 0,04-0,07 0,5
Принципиальная схема съема металла и сглаживания поверхности
при анодно-механической обработке показана на рис. 32 и на рис. 33
рассмотрен вариант черновой обработки с преобладанием электроэро-
зионных процессов. Основные зависимости между параметрами ре-
жимов и результатами процесса анодно-механической обработки об-
щие для различных технологических операций, выполняемых этим
методом, представлены на
рис. 28—34.
Рис. 32. Схема съема металла и
сглаживания поверхности при
АМО:
1 — катод-инструмент; 2 — пле-
нка продуктов анодного раство*
рения; 3 — заготовка-анод
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 337
Рис, 33. Схема анодно-механической обработки'.
а с преобладанием анодного растр>орения; б — с возникновением электро*
эрозионных процессов; 1 — заготовка; 2 — продукты анодного растворения;
3 электролит; 4 электрод-инструмент; 5 — выемки
Рис. 34. Основные зависимости между параметрами режима и результатами
АМО;
1 — нлсщадь сечения — оптимальная плотность тока; 2 — площадь сечения —
длительность разрезания; 3 — площадь сечения — подача инструмента;
’—скорость инструмента — шероховатость поверхности; 5 — скорость инстру-
мента — глубина а закаленного слоя; 6 —скорость инструмента—съем металла*
7—давление—съем металла; S—давление сила тока; 9-—давление—напряжение
338
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 35. Схема анодно-механическо-
го резания
рости движения инструмента
Рис. 37. Зависимость линейной
подачи « от высоты разрезаемой
заготовки Н при анодно-меха-
ническом резании
а) б)
Рис. 38. Влияние рода тока при АМР леги-
рованных сталей и жаропрочных сплавов
на глубину измененного слоя (а) и шерохо-
ватость поверхности (6)
Как видно из приведенных данных, процесс анодно-механической
обработки характеризуется широтой показателей качества обрабаты-
ваемых поверхностей, что достигается широким варьированием элек-
трических режимов обработки. При этом черновым режимам, проводи-
мым при повышенных плотностях тока, присущи высокие съемы ме-
талла, преобладание электроэрозионного механизма съема металла
и высокие параметры шероховатости обработанной поверхности, а чи-
стовым, проводимым при малых плотностях тока, — преобладание
электрохимического съема металла и низкие съемы при мягких пара-
метрах шероховатости поверхности.
Анодно-механическое резание (АМР) — одна из наиболее эффек-
тивно проводимых технологических операций АМО.
Принципиальная схема АМР показана на рис. 35, зависимости,
характеризующие процесс, — в табл. 27—28 и на рис. 36—39. Схема
а) б)
источника тока для анодно-механи-
ческих отрезных станков дана на
рис. 40.
Рис. 39. Форма технологического тока для
дисковых (а) и ленточных (d) отрезных
станков
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 339
Рис. 40. Схема источника тока
ВАКОС 630/27 для анодно-меха-
нических отрезных станков
Для практических целей
представляет интерес методика
определения машинного времени
с помощью номограмм.
Основой построения номо-
грамм служит экспериментально
определяемая зависимость ли-
нейной подачи s от высоты раз-
резаемой заготовки Н при оп-
тимальных условиях обработки
(рис. 37). Пример номографиче-
ского расчета для материалов
с Ко = 1,0 представлен на
рис. 41.
Разрезается заготовка из
стали 12Х18Н10Т высотой
50 мм, длиной 300 мм.
Работа с номограммой осу-
ществляется в следующей по-
следовательности:
1) в зависимости от тепло-
физических свойств материала
(табл. 28) определяют коэффи-
циент обрабатываемости /Со;
2) в зависимости от Ко выбирают номограмму;
3) на шкале высот разрезаемых заготовок Н, мм находят за-
данную высоту и в перпендикулярном направлении определяют точку
пересечения с кривой линейной производительности разрезки s, мм/мин;
4) полученную точку пересечения переносят на шкалу «Линейная
производительность разрезки, s мм/мин». На номограмме находят
луч, соответствующий найденной линейной производительности;
5) мысленно проводят по лучу линию до пересечения с вертикалью,
Рис. 41. Номограмма
для определения ма-
шинного времени ано-
дно-механической
резки для материалов
с Ко == 1,0
S,мм/мин ЧОО 300 200 1ОО L,мм t,MUH
О 50 1ОО 150 200 Ц,мм
340
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
29. Режимы и результаты анодно-механического шлифования
Электролит Ra, мкм
Обрабатывае- мый материал Компоненты Со- дер- жа - ние, % и, В а/см2 Р. кПа Исход- ный Конеч- ный
Сплав нитинол Натрий азотистокислый азотнокислый 3 3 6 0,3 0,05— 0,032
Вольфрам хлористый Окись хрома (Ill) 3 25 6 8 0,5 1 — 0,8 0,04- 0,025
Алюминий Бура Глицерин Калий азотнокис- лый Натрий углекис- лый Окись хрома (III) 0,5 1,2 0,5 0,8 25 3 0,2 0,05—» 0,04
Примечание. Температура электролита 20—25 °C; материал
притира — липа (предварительно), бархат (окончательно); скорость про-
дольного перемещения стола 50 мм/мин; скорость осцилляции 10 мм/мян;«
частота вращения полировальника 100 об/мин; время полирования 10 мин.
соответствующей длине рабочего пути при разрезании заготовки,
L мм;
6) через найденную точку пересечения проводят линию, парал-
лельную шкалам «Длина рабочего пути» и «Высота разрезаемой заго-
товки», до пересечения со шкалой «Машинное время разрезки, Тмаш».
В приведенном примере Тмаш == 30 мин.
Для определения машинного времени разрезки при тех же разме-
рах заготовки из других сплавов необходимо полученное значение
Тмаш == 30 мин умножить на соответствующий коэффициент обраба-
тываемости или по коэффициенту обрабатываемости подобрать соответ-
ствующую номограмму.
Анодно-механическое шлифование (АМШ) проводят по принципу,
схематически представленному на рис. 32. Ток, проходящий между
электродами через соответствующий электролит, на обрабатываемой
поверхности (аноде) образует труднорастворимую пленку продуктов
электролиза, а электрод-инструмент, перемещающийся при небольшом
давлении по этой пленке, также непрерывно удаляет ее, обнажая металл
для дальнейшего электрохимического растворения.
Некоторые характеристики АМШ приведены в табл. 29.
Для разработки и широкого промышленного освоения ЭАБО,
ЭАЛО и других методов анодно-механическое шлифование успешно
использовали для заточки режущего инструмента, оснащенного твер-
дыми сплавами.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 341
тарифно-квалификационные характеристики
ЭЛЕКТРОЗАТОЧНИКОВ ПО ЕТКС
2-й разряд
Характеристика работ. Заточка и доводка на электрозаточном
станке нормального режущего инструмента. Правила выбора и поддер-
жания режима работы. Составление рабочей жидкости в соответствии
с техническими условиями. Пользование контрольно-измерительным
инструментом и приспособлениями. Подналадка станка.
Должен знать: устройства и правила подналадки однотипных
электрозаточных станков; способы поддержания заданного режима
электрозаточки и доводки режущего инструмента; способы установки
и выверки затачиваемого инструмента; состав и назначение рабочей
жидкости; наименование, назначение и условия применения наиболее
распространенных универсальных приспособлений; устройство про-
стого и средней сложности контрольно-измерительного инструмента;
элементарные сведения по электротехнике и электрохимии в пределах
выполняемой работы; основные сведения о допусках и посадках, клас-
сах точности и параметрах шероховатости.
Примеры работ. Заточка и доводка:
1) резцов нормальных строгальных с пластинками твердых сплавов;
2) резцов нормальных токарных с пластинками твердых сплавов.
3-й разряд
Характеристика работ. Заточка и доводка на электрозаточных
станках специального режущего инструмента. Настройка станка на
заданный электрорежим. Определение степени отработки рабочей
жидкости в процессе эксплуатации. Установка и выверка сложного
инструмента. Пользование контрольно-измерительными инструментами,
приборами и приспособлениями. Определение характера и причин
возникновения неполадок. Наладка станка.
Должен знать: устройство и правила наладки электрозаточных
станков различных типов; принципы выбора и способы поддержания
необходимых режимов работы; влияние режимов работы и степени
обрабатываемости различных материалов на качество затачиваемого
инструмента; основы электротехники и электрохимии в пределах вы-
полняемой работы; способы установки и выверки затачиваемого ин-
струмента; технические требования к точности и чистоте электроза-
точки; назначение и правила применения контрольно-измерительного
инструмента и приборов; устройство приспособлений для установки
и выверки затачиваемого инструмента; допуски и посадки, классы точ-
ности и параметры шероховатости.
Примеры работ. Заточка и доводка:
1) зенкеров насадных;
2) сверл с пластинками твердых сплавов;
3) фрез со вставными ножами.
4-й разряд
Характеристика работ. Заточка 'и доводка на всевозможных
электрозаточных станках сложного и особосложного инструмента.
Настройка станка на заданный электрический режим. Определение
режимов работы станка в зависимости от характера затачиваемого
инструмента. Пользование специальными контрольно-измерительными
инструментами и установленными на станке приборами для определе-
ния правильности заточки и наблюдение за течением процесса. Уста-
342
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
новление причин, возникших неполадок и устранение несложных
повреждений.
Должен знать: кинематические и электрические схемы электро-
заточных станков; способы электрозаточки и доводки инструментов;
правила и принципы выбора необходимых режимов работы; свойства
обрабатываемых материалов; конструктивное устройство специальных
приспособлений и правила пользования ими для выверки и заточки
сложного и фасонного инструмента; требования, предъявляемые к точ-
ности и чистоте электрозаточки; устройство сложного контрольно-
измерительного инструмента и приборов; систему допусков и посадок;
классы точности и параметры шероховатости.
Примеры работ. Заточка и доводка:
1) головок для скоростного фрезерования;
2) резцов с переменными углами резания;
3) резцов специальных резьбовых;
4) резцов фасонных;
5) фрез червячных и пальчиковых.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вайнберг Р. Р., Васильев В. Г. Электрохимическое шлифование
токопроводящими абразивными и алмазными кругами. М.: Машино-
строение, 1976. 32 с.
2. Васильев И. А., Аснис А. И. Электроабразивное хонингова-
ние. — В кн.: Прогрессивные электрофизические и электрохимические
методы чистовой обработки деталей. Л.: ЛДНТП, 1973, с. 34—40.
3. Васильев И. А., Шапиро Л. М. Электрохимическая виброгал-
товка мелких деталей. — В кн.: Опыт применения электрических ме-
тодов обработки в приборостроении. Л.: ЛДНТП, 1977 с. 75—79.
4. Вишницкий А. М., Шапиро Л. М. Анодно-абразивное снятие
заусенцев с мелких деталей. — В кн.: Электрохимические и ультра-
звуковые методы очистки поверхности, скругления кромок и съема
заусенцев: Материалы семинара. Л.: ЛДНТП, 1972, с. 69—76.
5. Гродзинский Э. Я., Исакова Р. Б., Зубатова Л. С. Физико-
химические закономерности абразивно-электрохимической обработки.—
В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки
материалов: Материалы семинара. М.: МДНТП, 1978, с. 53—57.
6. Гродзинский Э. Я. Абразивно-электрохимическая обработка.
/А.: Машиностроение, 1976. 51 с.
7. Гуревич Р. А. Алмазно-электролитическое сверление отверстий
в твердых сплавах. Киев.: Наукова Думка, 1977. 264 с.
8. Гуревич Р. А. Пути развития алмазно-электролитической об-
работки металлов и сплавов. Киев: Общество «Знание», УССР, 1979.
19 с.
9. Гусев В. Н. Анодно-механическая обработка металлов. Л.:
Машгиз, 1952. 34. с.
10. Жандаров А. Д. Анодно-механическое полирование. Л.:
ЛДНТП, 1964. 17 с.
11. Зайцев А. А., Каневский Ю. Л. Электроалмазное шлифование
безвольфрамовых твердых сплавов. — В кн.: Опыт промышленного
применения электрохимического шлифования и полирования: Матери-
алы семинара. Л.; ЛДНТП, 1979, с. 61—64.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 343
12. Звонцов И. Ф., Дулько О. Л., Нагайцев В. П. Электрохимиче-
ское алмазное хонингование отверстий в трубах. Л.: ЛДНТП, 1978.
30 с.
13. Попилов Л. Я. Анодно-механическая обработка. — В кн.:
Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки.
Л.: Машиностроение, 1971, с. 146—174.
14. Прогрессивные электрофизические и электрохимические ме-
тоды чистовой обработки деталей: Материалы семинара. Л.:
ЛДНТП, 1973. 98 с.
15. Сагарда А. А., Чеповецкий И. X., Мишнаевский Л. Л. Алмаз-
но-абразивная обработка деталей машин. Киев: Техн1ка, 1974. 180 с.
16. Студенский Е. И., Богатырев В. Н., Кадышев Н. Т. Электро-
алмазное шлифование. М.: Машиностроение, 1971. 81 с.
17. Электрохимикомеханическая обработка. — В кн.: Новое в
электрофизической и электрохимической обработке материалов. —
Л.: Машиностроение, 1972, с. 83—101.
Глава 16
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ
ОБРАБОТКА
Электроэрозионная комбинированная обработка (ЭЭКО) — назва-
ние группы способов ЭФХКО, проводимых при одновременном воз-
действии нескольких процессов, ведущим среди которых является
электроэрозионный (рис. 1).
Основные характеристики ЭЭКО приведены в табл. 1 и на рис. 2.
Электроэрозионно-электрохимическая обработка (ЭЭХО) — спо-
соб, основанный на одновременном протекании электрохимического
(анодного) и электроэрозионного процессов. Электроды (инструмент
и деталь) питаются постоянным током низкого напряжения для осуще-
ствления электрохимического процесса и получают одновременно им-
1. Эффективность ЭЭКО по сравнению с обработкой резанием
Операция Повыше- ние про- изводи- тельно- сти Умень- шение трудо- емкости Сниже- i ние себесто- имости Экономия инстру- мента
Вырезание деталей методом тре- панации + + ' + +
Прошивание круглых и фасон- ных отверстий 4- + + +
Разрезание заготовок + + +
Примечания: 1. Все операции приведены для материалов, трудно-
обрабатываемых резанием (инструментальной стали, жаропрочных, твер-
дых, магнитных сплавов и т. п.). 2. Обработка ведется на станках для ЭХРО
с дополнительным импульсным источником питания током.
344
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Электроэрозионная комбинированная обработка (ЭЭКО1
Механическое воздействие Электрохимическое воздействие
Использование токо.-
непроводящих
инструментов
Введение
ультра-
звуковых
колеба-
ний
Алмазо*
несущие
инстру-
менты
Абразивов
несущие
инстру®
менты
| |
Алмазно- электро- эрозион- ная обра- ботка (АЛ ЭЭО) Абра- зивное электро- эрозион* ная обра* ботка (АБЭЭО)
Элекгро-
эрозия
онно-
ультра-
звуковая
(ЭЭУЗ) и
электро-
КОНз
тактно-
ультраз
звуковая
(ЭКУЗ)
обра-
ботка
Абразиве
несущие
инстру-
менты
Алмазо =
несущие
инстру-
менты
| |
Электро* эрози* онно- электро* алмазная обра* ботка (ЭЭХАЛ) Электро* эрози» онно= электро* абразив* ная обра- ботка (ЭЭХАБ)
Использование токо«-
проводящих компо-
зитных инструментов
° среде электролита
Анодное растворе* ние потоком электроа / ита
1 -
Электрой эр 03 и Ь онно- электроа химичеа ская обрав ботка (ЭЭХО)
Рис. 1. Виды электроэрозионной комбинированной обработки
пульсное напряжение от генератора импульсов для обеспечения элек-
троэрозионного воздействия.
Суммарное воздействие ЭХО и ЭЭО приводит к значительному
возрастанию производительности. Скорость подачи катода-инструмента
при прошивании (ЭЭХП) отверстий в деталях из стали 50—60 мм/мин,
.жаропрочных сплавов 20—
40 мм/мин, твердых сплавов
10 мм/мин. Относительный износ
при ЭЭХП 2,5—3,0%; точность
обработки 0,1—0,4 мм.
Отверстия диаметром 10 мм в де-
талях из никелевых и титановых
Рис. 2. Зависимость скорости проши-
вания от гидродинамического режима
электроэрозионно - электрохимической
обработки при различной плотности
электролита. Импульсное напряжение
27 В; рабочий ток 3800 А; электро-
лит __ раствор NaCl; электрод графи-
товый; расход электролита 800 л/мин.
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 345
сплавов (электролит 10% NaCl) прошивают со скоростью 55 мм/мин.
При обработке сложнофасонных поверхностей полыми графитовыми
электродами скорость подачи при плотности тока 100—150 А/см2
15 мм/мин.
При электроэрозионно-электрохимическом разрезании (ЭЭХР) за-
готовок из коррозионно-стойкой стали производительность 550—
800 мм2/мин при износе катода до 5 % и точности обработки 0,1—
0,3 мм. Трубы из коррозионно-стойкой стали латунным диском разре-
зают при подаче 30—40 мм/мин. Шероховатость торцовой поверхности
заготовки высокая (Rz > 320 мкм), на боковых поверхностях Rz =
= lO-i-40 мкм.
ЭЭХР сплавов титана проводят гладким диском из низкоуглероди-
стой стали, отношение толщины к диаметру которого не должно пре-
вышать 0,001. Окружная скорость диска 35—40 м/с, скорость разреза-
ния 2000—2500 мм2/мин, относительный (по массе) износ инструмента
20—30 %, параметр шероховатости поверхности Rz = 40-?-120 мкм;
глубина дефектного слоя 0,3-^0,5 мм; превышение ширины реза над
толщиной диска 0,5—0,75 мм.
Плотность электролита для этой операции 1,08—1,1 г/см3, удель-
ная электропроводность 0,2—0,2S Ом”1-см”1; pH 9,7—11,0; кинемати-
ческая вязкость 0,008—0,01 г-см^с”1.
Абразивно-электроэрозионная (АБЭЭО) и алмазно-электроэрози-
онная обработка (АЛЭЭО) проводятся однотипно и отличаются только
применяемым инструментом (абразивный или алмазный). При этих
видах обработки используют инструмент на токопроводящей связке,
включая его в качестве анода. Обрабатываемая деталь — катод Рабо-
чей жидкостью служат обычные станочные СОЖ или 1—3%-ный
раствор соды. Для питания током электродов используют импульсные
источники высокочастотного напряжения (типа РТИ ШГИ и др^).
АБЭЭО и АЛЭЭО можно проводить также по схеме с автономным
электродом.
Основное применение эти разновидности обработки получили для
шлифования (АБЭЭШ и АЛЭЭШ), где дают существенный эффект и
превосходят АБЭХО и АЛЭХО. Так, по сравнению с обычным алмаз-
ным шлифованием АБЭЭШ и АЛЭЭШ повышают стойкость кругов
в 20—60 раз и более, снижают затраты мощности на резание в 1,8—
3,0 раза, позволяют обрабатывать твердый сплав совместно со сталью
(табл. 2, 3).
Для обработки используют типовые станки мод. Э3110М, СШ-101
(круглое наружное и внутреннее шлифование); Э3731, Э3754ЛФ1
(плоское шлифование), Э370ВФ2 (профильное шлифование), 3672,
ЗЕ624, 3622Э, 3626Э (заточка твердосплавного инструмента) с подклю-
чением генератора импульсов и специализированный станок Э3624ЭР.
Электроэрозионно-ультразвуковая обработка (ЭЭУЗ) представляет
сочетание ЭЭО с УЗО. Ультразвуковые колебания (УЗК), введенные
через электрод-инструмент в зону обработки, интенсифицируют про-
цесс, облегчая удаление продуктов эрозии и стабилизируя межэлек-
тродный зазор. При достаточной мощности УЗК в жидкости могут воз-
никать кавитационные явления, что дополнительно интенсифицирует
процесс.
Электроконтактно-абразивное резание (ЭКАР) проводят по типо-
вой схеме электроконтактного разрезания диском, но боковые поверх-
ности последнего покрывают тонким слоем абразивного материала
346
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
. Эффективность АБЭЭО и АЛЭЭО по сравнению с обработкой резанием
Операция Повыше- ние про- изводи- тельности Эконо- мия ин- струмента Сокраще- ние руч- ного труда Улучше- ние качества поверх- ности
Внутреннее шлифование *+ + +
Заточка малогабаритного твер- досплавного и стального ин- струмента + + + +
Наружное круглое шлифование + + + +
Плоское шлифование + 4-
Примечания: 1. Все операции приведены для твердых сплавов
и материалов трудно обрабатываемых резанием. Заточку проводят на станке
мод. ЗЕ624ЭР, остальные операции — на станках для АБЭХО и АЛЭХО
с заменой источника постоянного тока генератором импульсов.
3, Эффективность АЛЭЭШ по сравнению с другими методами обработки
Материал Параметр Алмазное шлифова- ние АБЭЭШ АЛЭЭШ
Сплав ВК15, ВК8, В К.20 П роизводител ьность, мм3/мин Относительный износ, Стойкость, мин Себестоимость, коп/см? мг/г 250—300 0,5-1,3 600 14-16 600—700 1 — 2 1200 9—10 700—800 1—2 Не огра- ничена 7-8
Сталь 45 Производительность, мм3/мин . Относительный износ, мг/г Стойкость, мин Себестоимость, коп./см3 150—300 1,3 —3,2 700 1,9 800 9 400 2,5 Не огра- ничена 12
Сплав ЮНДК 35Т5 П р о и з вод и тел ьн ость, мм3/мин Относительный износ, Стойкость, мин Себестоимость, коп./см мг/г 600—700 17 1200— 1300 2-3 200 7-8 1500—* 1600 3—4 Не огра- ничена 4-5
(рис. 3, 4), который одновременно выполняет функцию электрической
изоляции, предотвращая боковые разряды, и функцию инструмента,
механически удаляющего продукты оплавления с боковых поверхностей.
При ЭКАР качество обработанной поверхности лучше, чем при
ЭКР. Результаты ЭКАР в значительной степени зависят от правиль-
ности выбора режима с учетом толщины абразивного покрытия. Если
толщина покрытия превышает образующийся боковой зазор, то пре-
обладает абразивное действие В противном случае оно выполняет
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 347
Рис. 3, Схема электроконтактной
резки дисковым инструментом с
абразивно-изоляционным покры-
тием:
7 — электрод-инструмент; 2 раз-
резаемая заготовка; 3 сопло для
подвода жидкости; 4 » щетка то*
коподвода
лишь изоляционные функции. По сравнению с абразивной рез-
кой ЭКАР протекает при усилиях в 10—15 раз меньших; износ
дисков в 3—5 раз меньше при ширине реза в 2—3 раза меньшей.
В табл. 4—8 приведены некоторые показатели ЭКАР.
Электроконтактно-ультразвуковая обработка (ЭКУЗ) проводится
по схеме и режимам ЭКО, но с вводом ультразвуковых колебаний
в зону обработки, что способствует стабилизации течения и повышению
производительности процесса.
Абразивно-электроконтактное шлифование — способ обработки
твердых материалов, сочетающий электроэрозионное воздействие на
обрабатываемую поверхность с последующим абразивным шлифованием
разупрочненного слоя шлифовальным кругом.
Основные результаты обработки — съем металла (производитель-
ность) Q (в мм3/мин) и параметр шероховатости поверхности Ra (в мкм)
зависят от напряжения на разомкнутых электродах (/хх; продольной
подачи $пр’> поперечной подачи snon; скорости вращения обрабатывае-
мой детали v.
Взаимосвязь этих показателей при шлифовании сормайта (HRC
49—54) выражается формулами
7/0.92^0,4 0,49
Л 91 л ХХ поп*прод .
' О0-36 ’
Ra
1 Z/0,253 0,138 0,225 0,25
10 7 хх поп ПР°Д
Рис, 4. Зоны обработки при
электроконтактном резании
диском с абразивным покры-
тием;
а <— чистовой режим (Up =
= 15е 21 В); б черновой
режим (Up > 21 В); 7 — ди-
сковый электрод-инструмент
толщиной Ь; 2 — заготовка;
3 —> абразивно-изоляцион-
ное покрытие толщиной д;
h — глубина зоны с изменен-
ной структурой; Д — зазор
между основой электрода-
инструмента и стенкой про-
рези
4. Параметры ЭКАР
Заготовка Инструмент Машинное время резки? с Число резов с учетом вспомогательного времени, рез/смена Ширина прорезки, мм Число резов/ вы- полненное одним инструментом, шт. Затраты на один рез
Сталь Сечение,- мм Сечение,- мм на инстру- мент на металл, удаленный из прорези
36НХТЮ Труба 0 15,5X1,2 0 300X3 1 7200 4 75 0,7 7,6
0 290Х 1 2 3600 1,5 3000 0,2 2,9
ШХ15 Труба И 36Х 4,5 0 300X3 3 2400 4 18 2,6 12,4
0 290Х 1 5 1440 1,5 200 2,5 4,7
12Х18Н10Т 0 180 (с вращением) 0 900Х 9 200 28 9 8 318 450
0 700X2,5 300 30 5 50 20 250
П р и меч а н^и е. В числителе даны значения при резке абразивным кругом, в знаменателе — электродом-инстру-
ментом с абразивно-изоляционным покрытием.
5. Характеристики ЭКАР
Заготовка *г Диск-инструмент ** 2 Машинное время рез- ки, мин Производи- тельность, см2/мин RZi мкм Износ диска по радиусу, мм/рез
Диа- метр Ширина прорези Диаметр Толщина Покрытие *3
мм
10 1,0 300 0,8 0,1 0,6 1,5 Ra = 0,32 0,1
50 2,5 500 2,0 0,2 0,2 150 160 0,2
180 4,5 700 3,0 0,3 6,0 50 320 5,0
** Материал заготовки — быстрорежущие, жаропрочные, коррозионно-стойкие «стали; вольфрам, молибден, ниобий.
2 Материал — сталь СтЗ. *‘ Технический глинозем.
6. Режимы ЭКАР
Материал заготовки Сечение заготовки, мм Электрод, мм
Диаметр Толщина Покры- тие на сторону
08Х17Н5МЗ Вольфрам Тавр 0 30X30X30 0 4 мм 290 0,9 0,6
Сталь: 45 Труба 0 25X0,5 280 2,0 0,2
ШХ15 Труба 0 120X2,0 600 2,4
Сплав АМц Труба 0 31X5,0 290 0,15
Сталь: 7ХГ2В Лист 18,0 1#5 0,2
ШХ15 Лист 17,6 280
08Х17Н5МЗ Тавр 0 25 X 25 X 3 290 1,2 0,25
Чугун СЧ 30 52X52 1#5 0,2
Подача, мм/с Ток Рабочий то А Напряже- ние, В Время рез- ки машин, с Износ диска по радиусу, мм/рез Rat мкм Высота за- усенцев» мм
4,5 2,3 Перемен- 100— 400 80—120 16 5 1,5 0,02 0,03—1,25 0,16—0,32 0,05 0,3
2,0 ный 20 20 0,01 0,32—0,63 0,1
Выпрям- ленный 100 9 60 Ь25—2,5
23,3 200 1,5 — 0 12,0
0,5 Перемен- ный 300 200 16 0,05 0,32—0,63
1,49 300 17 15 0,08 0,1
0Д2 — 800 15 444 12 15,0
ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 349
7. Параметры ЭКАР тугоплавких металлов
Заготовка Глубина прорези, мм Частота вра- щения заго- товки, об/мин Время резки, мин Напряже- ние, В Износ диска по радиусу, мм Предельная сила рабо- чего тока, А
Диаметр, мм Материал
40 40 0 1,0—1.5 20 1 — 1,5 1000
100 Молибден 100 20,0 22 3 1500
100 50 25 7,0—11,3 23 6—9
80 Вольфрам 75 0 2,0—10,0 24 4—20 1200
95 Ниобий 45 25 5,0—15,0 20 4—14 1500
150 75 0 2,0—15,0 2—10 1200
8. Параметры чистовой электроконтактно-абразивной резки и резки абразивным кругом
Параметр Чистовая электроконтактно-абразивная резка Абразивная резка
Заготовка:
материал 08Х17Н5МЗ Вольфрам Термоупрочнен- ная сталь 45 08Х17Н5МЗ Вольфрам Термоупрочнен- ная сталь 45
размеры, сечение или диа- метр, мм Инструмент: Тавр 30X20X3 Стержень 0 4 Труба 25X0,5 Тавр ЗОХ 20X3 Стержень 0 4 Труба 25Х 0,5
200 250
диаметр, мм 290 290 290 250
толщина с покрытием, мм 0,9 0,6 0,6 2,0 0,7 2,5
Режим резки:
напряжение, В 16 16 16
сила рабочего тока, А 100—400 80—120 100—400 —— — —
скорость подачи инстру- 1,5—22,6 1,3 —3,5 0,6—2,1 1,5 — 2,0 2,0 1,5
мента, мм/с 2,1
износ инструмента по ра- 0,1 0,3 0,2 Ь2 1,0
диусу на десять резов, мм 0,7 2,1 0,8 2,6
ширина прорези, мм 1,0 0,7
высота заусенцев, мм 0,03—0,25 0,1 —0,3 0,1—0,2 1,0 —i 1,5
глубина термоизмененно- 0,05—0,1 >— 0,02 0,5 •HSB 0,5
го слоя, мм
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 351
9. Режимы АЭКШ
Обрабатываемый материал Q, см3/мин Ra, мкм X и 5ПОП» мм/дв. ход 5прод» м/мин Vi м/мпъ
Сормайт Сплав ПЛ-АНМ01 10,99 1J5 0,44 22,00 8,50 1,86 2,-23 3,2 1,6 0,8 3,2 1,6 0,8 0,4 36 12 *1 6 *2 36 36 36 50 *3 0,05 0,02- 0,01 0,05 0,04 0,02 0,01 по 0,4 0,1 2,-5—3,0 0,6 0,12 0,1 65 50 25 50 50 150 150
*г При (7ХХ = 12 В и силе тока / «= 500 А ширина диска из латуни
ЛС59,- Ьд == 0,36Ь (Ьд -s. ширина диска} b -* ширина круга).
*2 При Uxx ~ 6 S b » 0f2Z?Kp.
♦3,При 17хх’= 50 В Ь = Ь5£>кр.
Примечание. Во всех случаях скорость вращения диска-инстру-
мента 33-—35 м/о, расход охлаждающей эмульсии 4—5 л/мкм.
Для наплавочного сплава ПЛ-АН-101 (HRC 60—68)
г/1,213 „0,202 ,0,629 О = 13,6 хх поп пр ; 4 ’ уО.ЗШ » А173 0,176 рп _ jo поп ^прод /?а—18,Ь 0(751 0>284 . ихх у
В табл. 9 приведены рекомендуемые режимы обработки, обеспечи-
вающие наибольшую производительность АЭКШ при заданной шеро-
ховатости.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аскинази Б. М. Упрочнение и восстановление деталей электро-
механической обработкой. Л.: Машиностроение, 1977. 184 с.
2. Витлин В. Б. Требования к оборудованию и электроды инстру-
ментов для электроконтактно-абразивной резки. — В кн.: Опыт при-
менения совмещенных электрофизикохимических методов. Л.:
ЛДНТП, 1978, с. 80—84.
3. Давыдов А. С. Перспективные технологические процессы элект-
роконтактной обработки. — В кн.: Электрофизические и электрохими-
ческие методы обработки материалов. М.: МДНТП, 1978, с. 138—142.
4. Исаков Р. Б., Коньшин А. С. Состояние и перспективы раз-
вития абразивной электрообработки. — Станки и инструмент, 1977,
№ 9Z с. 36—38.
352
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
5. Коен и ко в Л. С. Элементы технологии электроконтактно-абра-
зивной резки. —• В кн.: Опыт применения совмещенных электрофизико-
химических методов обработки в промышленности: Материалы семинара.
Л.: ЛДНТП, 1978, с. 75—79..
6. Морозов В. Н. Технологические показатели электроэрозионно-
химического разрезания. — В кн.: Опыт применения совмещенных
электрофизикохимических методов обработки в промышленности:
Материалы семинара. Л.: ЛДНТП, 1978, с. 25—27.
Глава 17
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ
ОБРАБОТКА
Основные способы ультразвуковой комбинированной обработки
(УЗКО) представлены на рис. 1. Ниже рассмотрены способы, основан-
ные на совмещении УЗО и обработки резанием либо давлением. Способы,
основанные на совмещении УЗО с ЭХО, ЭКО и ЭЭО, рассмотрены выше
(гл. 15, 16), так как роль ультразвуковых колебаний в этих процессах
не является главной. Следует заметить, что в производственном обиходе
и некоторых литературных источниках методы УЗКО часто называют
Ультразвуковая комбинированная обработка (УЗКО)
Механическое воздействие
С по= мощью лезвийо ных режущих инстру- ментов С ПОе мощью абразив® ных (алмаз® ных) инструм- ентов
Точение с ультра= звуком (УЗМТ), резьбо- нарезание с ультра® звуком (УЗНР), сверление с ультра- звуком (УЗМС) Механи- ческое шлифо® вение с ультра- звуком (УЗМШ), супера финиш с ультра» звуком (УЗСФ)
В прок цессе статиг ческой дефор s мации Обра» ботка давлен нием в при® еутствип ультра® звука (УЗДО) При ударном нагру- жении Упрочг няющее наклепы» вание поверх® ностей ультра® звуковым инстру® ментом (УЗУПР>
Рис. 1, Виды ультразвуковой комбинированной обработки
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 35g
ультразвуковыми, без учета совмещения, что методически неточно.
Собственно ультразвуковые методы обработки, рассмотренные в гл. 12,
характеризуются отсутствием дополнительных воздействий при их
проведении.
ДЕФОРМАЦИОННАЯ ОБРАБОТКА С ВВОДОМ
УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ
При воздействии ультразвуковых колебаний, создающих пере-
менные напряжения, на материал, подвергаемый статическому дефор-
мированию (обработке давлением), пластические деформации материала
существенно изменяются. Снижаются значения напряжений, соответ-
ствующие данной степени деформации; снижается предел текучести
деформируемого материала (т. е. повышается пластичность материала).
При относительном перемещении двух тел (инструмента и заготовки),
находящихся в тесном контакте (как при любой операции обработки
давлением) и совершающих колебательное движение друг относительно
друга, введение ультразвука значительно снижает усилие трения. При
значительной интенсивности ультразвуковых колебаний импульсное
воздействие (удары) соответствующего инструмента на обрабатываемую
поверхность приводят к ее пластическому деформированию, сопрово-
ждающемуся упрочнением (наклепом).
Введение ультразвука в процессы пластической деформации дает
возможность деформировать хрупкие и прочные материалы, которые
в обычных условиях не деформируются пластически или трудно дефор-
мируются (с образованием дефектов). При этом неизменно снижаются
усилия деформирования и улучшается качество поверхности (табл.
1, 2 и рис. 3—8).
Все эти и некоторые другие явления используются для выпол-
нения операций ультразвуковой деформационной обработки (УЗДО),
1. Влияние ультразвука на усилие деформирования и шероховатость среза
при вырубке-пробивке в пучности продольных напряжений
Материал Толщина, мм Зазор между ре- жущими кром- ками, % Скорость дефор- мирования, мм/с Усилие де- формиро- вания, кН Снижение уси- лия, % Rz, поверхно- сти разделения
с ультра- звуком без уль- тразвука с ультра- звуком без уль- тразвука
Чугунные плитки СЧ 20 3 12 0,2—0,4 26,5 40,5 35 20—40 —
Сталь У 9 *1 4 9 59,3 81,3 27 10-20 20-40
Гетинакс марки Б 6 7 9,0 21,0 57 — —
Оргстекло *2 6,5 6 0,2—5 3,5 15,0 77 Ra= —
=0,634-1,25
Титан ВТ16 1 17 0,2-0,4 13,5 18,8 28 Ra= =1,254-2,5
Сталь 12Х18Н10Т 1,5 15 0,2-5 8,0 19,8 59 Ra= =0,634-1,25 10-20
Сталь 08кп 2 12 7,5 19,0 60 Ra= =1,254-2,5
*1 Пробивка без ультразвука невозможна. *2 Обычно пробивка ведется
подогревом.______ _____________________________________________
12 Попилов Л. Я.
f
Рис. 2. Процессы и операции УЗКО
2
w
О
2
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 355
2. Влияние ультразвуковых колебаний матриц на параметры вытяжки
(ам = 4, ап = 6, <0 = 1,0 мм)
Материал Состояние материала
Сталь 20 В состоянии поставки Отожженная
Сталь Юкп В состоянии поставки Отож кенная
Медь М3 В состоянии поставки Отожженная
Алюми- ний АО В состоянии поставки Отожженный
Усилие вытяжки, кН
без ультразвука с ультразву- ком при амплитуде колебаний, мм
0,008 0,012 0,016
19,8 19,3 18,4 17,6 10,3 8,3 3.7 17,8 17,4 17,4 15,4 8,3 6,4 16,8 16,2 15,8 14,8 7,9 5,00 17,4 16,8 16,5 15,4 8,3 5,30
S О) S Максималь- X X X
в ная степень л га
8 деформации 2 X
4S 5 е = 1п~ d О л Л. га о я
С «ч
е усилий ука, % сз X >> д т га Q. звуком при 12 мм) [ие степей ствием у 12 мм), %
х в й«<=>
X я S Ч 0.0 л О) * Е«°
& >> S II Увел] под (Л =
х S я ч О м О) ю ч 11 □ с
15 0,693 0,802 15,0
16 0,731 0,836 14,0
14 0,731 0,852 16,5
16 0,749 0,888 18,5
23,5 0,767 0,869 13,0
39,5 0,802 0,901 12,5
— — — —ч
',-795 - —
Обозначения: D — диаметр заготовки; d — наружный диаметр
стаканчика; ам,- — радиусы скругления соответственно вытяжной матрицы
и пуансона; —• толщина; А — амплитуда ультразвуковых колебаний.
перечень которых приведен на рис. 2. Установки и колебательные си-
стемы для УЗДО показаны на рис. -9—15.
Вытяжка. При введении ультразвуковых колебаний в систему
пуансон—матрица при вытяжке уменьшается трение между инструмен-
том и заготовкой и создаются высокие ускорения движения инструмента,
что позволяет производить вытяжку при пониженных усилиях. Одно-
временно происходит разупрочнение металла, связанное с нагревом его
в очаге деформации и упрочнение (повышение твердости) в опасном
сечении, что обеспечивает равномерность деформации.
В зависимости от конкретных условий ультразвуковые колебания
подводят к пуансону или матрице штампов или к обоим одновременно
при жестком контакте их с колебательной системой преобразователя.
В разных вариантах используют продольные, радиальные и крутильные
колебания. Очаг деформации размещают в пучности смещений или
в пучности напряжений стоячей волны.
При уменьшенных усилиях достигаются более глубокая вытяжка
и лучшее качество поверхности изделия. Увеличивается глубина
12*
356
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 3.График влияния интен-
сивности ультразвуковых коле-
баний I на статическое напря-
жение <г при растяжении деталей
из алюминия
Рис. 4. График влияния амплитуды колеба-
ний на сопротивление срезу при деформи-
ровании листовых материалов с вводом
УЗ К:
1 — титан ВТ1; 2 « сталь 08кп; 3 «=- алю-
миний АО
Рис. 5. График влияния амплитуды
колебаний на снижение статическо-
го усилия вырубки-пробивки гети-
накса с вводом колебаний; диаметр
пуансона 10 мм; частота 19,5 кГц;
1 -=• гетинакс I; 2 — гетинакс IJ
Рис. 6, Зависимость предельной степе:
ни вытяжки от амплитуды радиальных
колебаний;
1 сталь 08кп; 2 сталь 12Х18Н10Т;
3 «» медь МЗМ; 4 «в алюминий АД1М
вытяжки за один проход. Облегчается вытяжка высокопрочных и
хрупких материалов. Повышается предельная степень вытяжки,
улучшается эффективность технологических смазок и качество изделий.
Отбортовка, обжим, раздача. Во всех операциях формоизменяю-
щей листовой штамповки присутствие ультразвуковых колебаний
сказывается на снижении деформирующих усилий и сил контактного
трения, так же как при вытяжке. Основным эффектом является раз-
упрочнение и повышение пластических свойств.
Ультразвуковые колебания подводят к пуансону или матрице
при жестком контакте с колебательной системой, как при вытяжке.
Эффективность операции проявляется в том, что деформация
обрабатываемого металла происходит более равномерно при меньших
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 357
6)
Рис. 7. Графики усилия деформирования Р, коэффициента трения ц, и уши»
рения ДВ при прокатке меди различной толщины (а) и ширины ((F):
1 — без ультразвука; 2 — с ультразвуком
усилиях; устойчивость заготовки повышается; пластичность металла
возрастает; уменьшается шероховатость поверхности; снижаются вну-
тренние напряжения. Низкопластичные сплавы можно отбортовывать
без нагрева.
Гибка. При действии ультразвуковых колебаний на металл и доста-
точной их интенсивности снижается предел текучести и повышается
пластичность металла, что позволяет, при прочих равных условиях,
увеличить допустимое формоизменение.
Ультразвуковые колебания вводят обычно через пуансон, создавая
жесткий контакт его с колебательной системой. Возможны и другие
схемы ввода.
В результате выполнения
операции при значительном
снижении усилий гибки дости-
гается заданное формоизменение
Рис. 8. Изменение усилия волочения
проволоки при наложении ультра-
звуковых колебаний в зависимости
от напряжения на генератбрноЙ ла-
мпе:
1 — молибден; 2 — сталь
12Х18Н10Т; 3 — сплав НМЦ (на-
гартовка 90 %); 4 — титан ВТ1;
5 — сплав НМЦ (нагартовка 60 %);
6 — медь; 7 — сплав НМЦ (отож-
женный)
358
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 9. Устройства для резки сортового металла:
1 — преобразователи продольных колебаний; 2—валки-инструменты, выпол-
ненные в виде излучателей радиальных колебаний; 3 —• заготовки; 4 *— эпю-
ра продольных смещений; 5 эпюра радиальных смещений
Рис. 10. Замкну-
тые колебатель-
ные системы с
расположением
очага деформации
в пучности сме-
щений:
а₽-колебания со-
вершает пуансон;
б — колебания
совершает матрица; в — колебания совершают оба
инструмента; / — преобразователь; 2 волновод;
3 — пуансон; 4 —матрица; 5 заготовка; 6 от-
ражатель; 7 • эпюра смещений
S)
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 359
Рис. 11. Колебатель-
ные системы с неза-
крепленным инстру-
ментом для вырубки-
пробивки (а) и вы
тяжки (б, в):
1 •— преобразователь;
2 — волновод; 3
пуансон; 4 «=- матри-
ца; 5 — заготовка;
6 эпюра смещений
<9
Рис. 12. Разомкнутые
колебательные систе-
мы для осадки (а),
вырубки-пробивки (б)
и вытяжки (в):
/ •— преобразователь;
2 ~ волновод-пуан»
сон; 3 — матрица;
4 — заготовка; 5
эпюра смещений
Рис. 13. Колебательная система для вытяжки (а), вырубки-пробивки (б) и
выдавливания (в) с радиальными колебаниями матрицы:
1 — преобразователь продольных колебаний; 2 излучатель радиальных
колебаний; 3 — пуансон-волновод; 4 заготовка; 5 •*= эпюра продольных
смещений; 6 — эпюра радиальных смещений
360
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
и одновременно значительно уменьшаются угол пружинения и оста-
точные напряжения.
Вырубка-пробивка. При наложении ультразвуковых колебаний
на систему пуансон—матрица снижается сопротивление деформации
обрабатываемого материала и создаются условия динамического при-
ложения нагрузки, что локализует деформацию вблизи контактиру-
ющих поверхностей. В результате процесс скола развивается в меньшей
степени и качество разделяемых поверхностей улучшается за счет уве-
личения зоны пластической деформации.
При вырубке ультразвуковые колебания вводят через пуансон
или матрицу в зависимости от конкретных условий путем жесткого
контакта с колебательной системой. Используют продольные, радиаль-
ные, крутильные колебания.
Введение ультразвука позволяет снижать необходимое усилие,
а также пробивать и вырубать в штампах хрупкие материалы.
Качество поверхности среза получается более высоким; поврежден-
ный слой меньше. Прогиб вырубленных деталей резко снижается.
Точность размеров выше, чем при обработке без ультразвука.
Отрезка. Ультразвуковые колебания, вводимые в зону контакта
срезающего инструмента с заготовкой и матрицей, улучшают пласти-
ческие свойства заготовки в зоне резания, увеличивают динамическую
составляющую прилагаемого усилия среза, повышают качество поверх-
ности среза.
Ультразвуковые колебания подводят к пуансону-инструменту
при жестком контакте его с колебательной системой. В результате
снижается усилие среза, улучшается качество срезанной поверхности,
уменьшается опасность растрескивания металла при обработке.
Холодная объемная штамповка. При введении ультразвуковых
колебаний в металл, обрабатываемый давлением в закрытом объеме,
резко снижается удельное давление, необходимое для заполнения
полостей штампа металлом за счет значительного улучшения пласти-
ческих свойств материала и уменьшения сил контактного трения ме-
талла о поверхность инструмента. Одновременно изменяется соотноше-
ние упругой и пластической деформаций.
В зависимости от конкретных условий ультразвуковые колебания
подводят от жестко присоединенной колебательной системы к пуансону
или матрице или одновременно к обоим.
Эффективность операции состоит в том, что в присутствии ультра-
звука резко снижаются усилие, необходимое для штамповки, шерохо-
ватость поверхности изделия и улучшается точность размеров за счет
уменьшения остаточных напряжений.
Прессование. При введении ультразвуковых колебаний в объем
деформируемого прессованием металла происходит разупрочнение
металла за счет нагрева внутренним трением и сопротивление дефор-
мированию резко понижается. Силы контактного трения между инстру-
ментом и деформируемым металлом снижаются. Повышается эффектив-
ность действия смазок за счет усиления адгезионной и адсорбционной
способности поверхности по отношению к смазке.
Ультразвуковые колебания подводят при жестком соединении
колебательной системы с пуансоном или матрицей или обоими одно-
временно.
Эффективность операции заключается в том, что деформирование
металла как йрямыМ, так и обратным прессованием облегчается вводом
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 361
ультразвуковых колебаний, позволяющих снизить усилие прессования
и улучшить пластическое течение металла.
Качество поверхности улучшается за счет уменьшения задиров
и сглаживания.
Гидроэкструзия. Ультразвуковые колебания улучшают условия
гидродинамического трения заготовки в очаге деформации; результи-
рующее давление от одновременного сжатия и сдвига смазки (жидкости)
в клиновом зазоре и в очаге деформации выше, чем при простом сдвиге
или сжатии смазки. Этим повышаются напряжения вязкого сдвига
и улучшаются условия гидроэкструзии. Происходит автоматическое
регулирование толщины слоя смазки, определяемое равновесием сил
в системе инструмент—смазка—заготовка.
Ультразвуковые колебания вводят в очаг деформации при жестком
контакте с волноводом-излучателем.
Прессование порошков. При введении ультразвуковых колебаний
в объем прессуемого порошкообразного материала значительно умень-
шается усилие прессования, необходимое для достижения заданной
плотности. Основным в этом является снижение трения между отдель-
ными частицами и между порошком и стенками пресс-формы.
Ультразвуковые колебания через волновод-излучатель подводят
к пуансону пресса. Используют продольные или изгибные колебания,
создающие с помощью стержневого инструмента нормальные к поверх-
ности материала колебания. В результате этого при значительном сни-
жении усилий прессования достигаются более высокое уплотнение
смеси и снижение брака.
Прокатка. Ультразвуковые колебания, вводимые в зону кон-
такта прокатных валков с заготовкой, увеличивают динамическую
составляющую действующих усилий, вызывают повышение пластиче-
ских свойств заготовки; заметно повышают эффективность смазыва-
ющего действия различных смазок и снижают контактное трение ин-
струмента о заготовку.
В зависимости от выбранного варианта ультразвуковые колебания
вводят в прокатываемую полосу при жестком креплении волновода-
излучателя к полосе или через скользящий контакт (валки). При этом
используют продольные, радиальные (чаще) и крутильные колебания
прокатных валков.
Результативность операции определяется тем, что введение ультра-
звуковых колебаний позволяет снизить давление на валки, повысить
обжатие и эффективность действия применяемых смазок, снизить удель-
ный расход энергии на операцию.
Остаточные напряжения в прокатанном материале снижены, ше-
роховатость поверхности ниже, чем при прокатке без ультразвука.
Волочение (протягивание). Введение ультразвуковых колебаний
оптимальной частоты и мощности в зону деформации протягиваемого
материала позволяет получать заданную степень деформации при зна-
чительно сниженном усилии волочения. Здесь основную роль играет
снижение трения заготовки об инструмент.
Ультразвуковые колебания вводят обычно через волочильный
инструмент (волока, матрица, фильера), жестко соединенный с колеба-
тельной системой соответствующего типа. При волочении труб
колебания могут передаваться оправке. В разных вариантах ис-
пользуют продольные, поперечные крутильные и радиальные ко-
лебания.
362
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 14. Колебательные системы, ис-
пользуемые для гибки листового ме-
талла, когда продольные звуковые ко-
лебания подаются на пуансон (а) и мат-
рицу (6)t
1 — преобразователь; 2 « корпус; 3 **
пуансон; 4 — матрица
Рис. 15. Установка для глубокой
вытяжки листового материала с на-
ложением радиальных ультразву-
ковых колебаний на матрицу
Рис. 16. Схема ультразвукового ал*
мазного выглаживания:
1 — обрабатываемая деталь; 2 —
алмазный наконечник; 3 концен-
тратор; 4 — магнитострикционный
преобразователь; 5 — подвижный
корпус; 6 неподвижный корпус;
7 — тарированная пружина; 8
винт
Рис, 17. Схема установки для ультра-
звукового алмазного выглаживания
фрез:
1 — алмазный наконечник; 2 в» центр;
3 ультразвуковая головка; 4 **
кронштейн; 5 — индикатор; 6 шпин-
дель станка; 7 « делительная головка;
8 •- сменные шестерни; 9 стол стан-
ка; 10 — фреза; Ц <=> ультразвуковой
генератор
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 363
Эффект волочения с ультразвуком проявляется в том, что дости-
гается значительное снижение усилий волочения, возрастает предель-
ная деформация за один проход, улучшается качество поверхности.
Во многих случаях можно резко сократить маршруты волочения, число
переделов, длительность процесса, расход элек-
троэнергии и металла. Скорость волочения по-
вышается.
Ультразвуковое алмазное выглаживание
УЗАВ). При чистовой отделочной обработке,
проводимой алмазным инструментом, контак-
гис. 18. Зависимость стойкости фрез Т от производи-
тельности Qi
/ — неупрочненные; 2 — алмазно-выглаженные без
ультразвука; 3 » то же, с ультразвуком
Рис. 19. Ультразвуковая головка
УЗВМ-1:
1 » гайка; 2 — пружина; 3 — винт;
4 корпус; 5 — неподвижный корпус
головки; 6 — подвижный корпус голов-
ки; 7 — магнитострикционный преоб-
разователь; 8 — штуцер; 9 — полувол-
новой концентратор; 10 алмазный
наконечник
Рис. 20. Ультразвуковая головка
типа УЗВП-2:
1 <— гайка; 2 — винт; 3 —- пружи-
на; 4 — неподвижный корпус; 5 «=*
корпус; 6 и 10 ~ накладки; 7 и 8 «=*
пьезокерамические пластины; 9
подвижный корпус; 11 *= алмаз»
ный наконечник
364
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 22. Зависимость высоты мик-
ронеровностей Rz и коэффициента
Кот статической силы Р при ал-
мазном выглаживании (сталь
12Х18Н9Т):
1,2— без ультразвука и с ультра-
звуком; 3 — Кr2, равное отноше-
нию значений Rz при выглаживании
без ультразвука и с ультразвуком
Рис. 21. График изменения микротвер-
дости стали 12Х18Н9Т по толщине:
~1 — с ультразвуком при Р = 200Н,
Л = 5 мкм; 2 — без ультразвука при
Р =200 Н, А = 0 мкм; 3 — с ультра-
звуком при Р = 50 Н, А = 5 мкм;
4 — без ультразвука при Р = 50 Н,
А = 0 мкм
Рис. 23. Зависимость высоты микроне-
ровностей Rz от подачи j и R^acx-
1 и 4 — без ультразвука (Р = 250 Н);
2 и 5 — с ультразвуком (Р = 100 Н),
(А = 5 мкм); 3 — Яграсч (А = 3 мм):
4 и 5 — Rz=f (Ягисх)
тирующим с обрабатываемой по-
верхностью под определенным да-
влением, ультразвуковые колеба-
Рис. 24. График влияния ультра-
звуковых колебаний на коэффициент
трения ц при различном направле-
нии колебаний (/ = 19 кГц, А =
= 7 мкм):
1 — параллельно силе трения и по-
верхности контакта; 2 — перпенди-
кулярно силе трения и параллельно
поверхности контакта; 3 — перпен-
дикулярно силе трения и поверхно-
сти контакта; 4 — без ультразвука
ния заметно снижают силы трения и необходимые для обработки ста-
тические усилия (табл. 3, 4). Выглаживание проводят с помощью уста-
навливаемых на станке ультразвуковых головок с преобразовате-
лями и узлами наложения ультразвуковых колебаний на инструмент
(рис. 16—20 и табл. 5).
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 365
Рис. 25. Зависимость микро-
твердости поверхностного слоя
Н от статической силы Р при
алмазном выглаживании (сталь
12Х18Н9Т):
1 -* без ультразвука; 2— с уль-
тразвуком
Ультразвук при алмаз-
ном выглаживании облегчает
проведение операции и по-
зволяет применять ее и для
деталей с малой жесткостью
(рис. 21—25).
Упрочняюще-чистовая обработка осуществляется путем меха-
нического наклепа поверхности изделия твердым инструментом (ша-
риком), колеблющимся с ультразвуковой частотой за счет уплотнения
при пластическом деформировании поверхности (наклепа), твердость
поверхностного слоя значительно возрастает при одновременном умень-
шении шероховатости поверхности.
Основным фактором, определяющим протекание процесса, является
ударное (импульсное) воздействие инструмента на поверхность упроч-
няемой детали.
При ультразвуковом упрочнении ультразвуковые колебания воз-
действуют на обрабатываемую поверхность через нормально ориенти-
рованный к ней колебательно контактирующей поверхностью при,
заданном давлении инструмента с точечным касанием.
8, Износостойкость сталей при полировании и алмазном выглаживании
Материал образца Вид обработки Р, Н А, мкм Относи- тельная износо- стойкость
Сталь Х15Н5Д2Т Полирование Алмазное выглажива- ние 100 200 360 60 100 200 1 1 | | ююю 1,00 1,18 1,35 1,45 1,22 1,45 1,49
Сталь 10Х11Н20ТЗР Полирование Алмазное выглажива- ние Гоо 250 60 100 слсл| 1 '1 1,00 1,11 1,34 1,29 1,37
Обозначения: Р сила выглаживания: А амплитуда ультра-
звуковых колебаний.
366
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
4. Характеристики качества поверхности при алмазном выглаживании
Матери ал Выгла- живание Д Rz, мкм з: row атах» МПа | ho, мм 0-1, МПа
100 1,42 330 0,20
Обычное 150 0,77 357 0,31 —
200 0,49 370 0,38 — 300
Сталь 12Х18Н9Т 250 0,32 380 0,43 — —
50 0,46 375 0,2
Ультра- 75 0,30 360 0,35 — 310
звуковое 100 0,26 380 0,42 —
200 0,25 390 0,50 280 0,1 —
100 2,8 420 0,11
Обычное 150 1,02 438 0,16 260 0,04 580
250 0,44 474 0,25 330 0,09 620
350 0,30 495 0,29 290 0,12 660
Сталь Х15Н5Д2Т 50 0,84 427 0,15 300 0,07
Ультра- 75 0,52 452 0,21 мм 650
звуковое 100 150 0,39 0,30 466 500 0,25 0,29 380 0,14 680 690
200 0,30 506 0,30 360 0,14 —
Обозначения: Р — сила выглаживания; Н — микротвердость;
h^ — глубина упрочненного слоя; отах — остаточное напряжение; ho —
глубина залегания напряжений; о_, — предел выносливости
5. Технические характеристики ультразвуковых головок для алмазного
выглаживания
Параметр УЗВМ-1 УЗВП-2
Тип преобразователя Рабочая частота, кГц Амплитуда колебаний рабочего торца, мкм Мощность генератора, кВт Сила выглаживания, Н Габаритные размеры, мм Масса головки, кг Магнитострик- ционный 44 До 10 0,25 — 0,4 5—200 235X 105 4,75 Пьезокерамический 22 До 8 0,1—0,25 5 — 200 210X95 2,7
В результате упрочняющей обработки возрастает твердость, из»
носостойкость и долговечность обработанных деталей (табл. 6,
рис. 27—29).
На рис. 30—32 показаны различные схемы возможных технологи-
ческих операций ультразвукового упрочнения.
Схема выполнения операций УЗУПР (рис. 31, а) наиболее рас-
пространена. Может быть применена для обработки цилиндрических,
конических и фасонных поверхностей тел вращения. На рис. 31, в
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 367
6. Параметры ультразвукового упрочнения (УЗУПР)
Обрабатываемый материал В 2А9 мкм Vi м/мин Ra, мкм
исход- ная после УЗУПР исход- ная после УЗУПР
Железо Армко 100 27 7 1 100 2 800 4,30 0,13
Сталь 45 140 27 15 2 180 5 000 2,60 0,20
Чугун СЧ 20 Сталь: 200 20 17 2 100 4 100 1,90 0,52
У10А 240 25 6 8 600 И 800 0,30 0,18
ШХ15 закаленная 250 30 7 8 400 10 300 0,35 0,14
Условия обработки. Продольная подача snp = 0,08 мм;
радиус сферы инструмента г = 5 мм; коэффициент усиления экспоненци-
ального концентратора W = 3,7; частота колебаний t — 20 кГц; число про-
ходов — 1; форма обрабатываемой поверхности плоская
показана та же схема обработки с увеличенной производительностью.
Схема (рис. 31, в) позволяет на бесцентровом шлифовальном станке
высокопроизводительно обрабатывать детали типа «гладкий вал»
(поршневые пальцы, ролики и внутренние обоймы роликоподшипни-
ков и др.). Схема (рис. 31, г) применяется для увеличения производи-
тельности. Схема, данная на рис. 31, д, наиболее распространена. Она
может быть применена также для обработки внутренних конических
и фасонных поверхностей тел вращения. Схема, приведенная на
рис. 31, е, рекомендуется для обработки внутренних поверхностей через
отверстия относительно малого диаметра, когда не требуется значи-
тельного упрочнения. Схема, пока-
занная на рис. 31, ж, отличается
высокой производительностью, она мо-
жет быть применена для обработки
только термически необработанных
деталей, так как шары из стали ШХ15
недостаточно износостойки. По схеме,
Рис. 26. Зависимость высоты
микронеровностей от ампли-
туды ультразвуковых колебаний
А при алмазном выглаживании:
1 — аустенитная сталь
12Х18Н9Т (Р = 100 Н); 2 — за-
каленная сталь Х15Н5Д2Т
(Р = 150 Н)
Рис. 27. Зависимость толщины наклепа h
от статической силы Р:
1 — без ультразвука; 2 — с ультразвуком
368
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 28. Зависимость ха-
рактеристик качества по-
верхностного слоя от эле-
ментов режима ультразву-
кового упрочнения и па-
раметров детали:
h — толщина наклепа;
01 — остаточные макро*
напряжения; Ra •— па-
раметр шероховатости;
Н[к —микротвердость по-
верхностного слоя; Рст—«
статическая сила; А —
амплитуда колебаний ин-
струмента; М — эффек-
тивная масса инструмен-
та; i — число проходов;
s — продольная подача;
г — радиус сферы инст-
румента; D — диаметр
детали; Яаисх — пара-
метр исходной шерохо»
ватости
Рис» 29. График изменения
характеристик качества по-
верхностного слоя деталей
из стали ШХ15 при ультра-
звуковом упрочнении в зави-
симости от времени работы
инструмента из твердого
сплава ВК8
приведенной на рис. 31, а, дорн проталкивается торцом концентратора.
Эта схема может быть применена для обработки отверстий малого
диаметра. Схема (рис. 31, и) рекомендуется для обработки деталей
типа тонкостенной гильзы.
Схема, показанная на рис. 31, к, наиболее распространена. Она
может быть применена для обработки не только плоских, но и фасонных
поверхностей. На рис. 31, л дана та же схема обработки, но с увеличен-
ной производительностью. Работа по схеме (рис. 31, м) позволяет умень-
шить шероховатость без заметного упрочняющего эффекта. Однако
необходимость приводить во вращение инструмент и прикладывать боль-
шие статические силы РСт не позволяет считать такую схему операции
перспективной; схема (рис. 31, н), применяется для упрочнения резьбы
с целью увеличения прочности резьбовых деталей. Здесь наиболее
эффективно применение в качестве инструмента невращающегося
ролика.
Рис» 30. Схема устройства для уль-
тразвукового упрочнения сталь-
ными шариками;
/ обрабатываемая деталь; 2
стол; 3 — камера; 4 — стальные
шарики; 5 магнитострикционный
преобразователь; 6 » концентра-
тор
5 6 *65
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 369
Рис. 31. Схемы возможных технологических операций ультразвукового упрочне-
ния
Схема, показанная на рис. 31, о, рекомендуется для обработки ра-
бочей поверхности зуба прямозубых колес с эвольвентным профилем
зацепления на специальных станках. Схема (рис. 31, п, р) применяется
для обработки желобов внутренних и наружных колец шарикопод-
шипников на модернизированных желобо-шлифовальных станках типа
ЛЗ-ЗОП и ЛЗ-29П.
13 Попилов Л. я.
370
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Ss/2
Рис. 32. Схема упрочняюще-чистовой обработки ультразвуковым инстру-
ментом:
Р — динамическая сила; Рст ® статическая сила; А а» амплитуда смеще-
ния рабочей части инструмента; р » радиус сферы рабочей части инструментал
s —* продольная подача; относительная подача за один период колебаний
инструмента; » продольная подача за один период колебаний; v » окру-
жная скорость заготовки; Ui — колебательная скорость рабочей части инстру-
мента; D диаметр обрабатываемой детали
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
И ОПЕРАЦИЙ ОБРАБОТКИ РЕЗАНИЕМ
Существенно снижая трение режущего инструмента о заготовку
и повышая пластичность обрабатываемого металла, ультразвуковые
колебания способствуют оптимизации процессов обработки резанием
металлов.
Вводя ультразвуковые колебания в зону обработки лезвийным
инструментом, интенсифицируют операции точения, сверления, зен-
7. Технические характеристики станков для нарезания резьбы
с воздействием ультразвука
Параметр СРС*2 СРС-3
Резьба Ml—М3 М2,5—Мб
Частота вращения шпинделя. 100—600 50-350
об/мнн Диапазон регулирования Kpyi 0,2—3 1,0^15
тящего момента предохрани- тельной муфтой,- Н*м Габаритные размеры, мм» деталей 120Х 120х 120 150Х 150Х 200
стола 200X300 200X300
станка 680Х 500Х 1425 680Х 500Х 1435
Масса станка, кг 120 150
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 371
8. Шероховатость поверхности после прошивания
Материал сож Ra, мкм
без ультра- звука с ультразву- ком
Дюралюминий Д1 Всухую Керосин Rz = 10^40 0,63—1,25 0,63—1,25 0,16—0,32
Сталь 14X17Н2 Всухую 10%-ная эмульсия Э-2 #z=10<& 20 0,63-1,25 0,63 — 1,25 0,08—0,32
Сталь 45 Всухую Сульфофрезол ^2=10^ 40 0,63 — 2,5 0,63—1,25 0,16—0,32
9. Параметры суперфиниширования (УЗСФ)
Характери- стика бруска Время съема при- пуска, с Ra, мкм Характери- стика бруска Время съема при- пуска, с Ra, мкм
без ультра- звука с ультра- звуком без ультра- звука с ультра- звуком
6СМ7С1К 22 0,04— 0,08 6СМ14СМ1К 34 12 0,08— 0,38
6СМ7М2К 6СМ10С1К оо •* 25 25 0,04 — 0,16 6СМ20СМ2К 50 11 0,16— 0,32
6СМ28С1К 24 9 0,32— 0,63
6СМ10СМ1К 6СМ14С2К 70 50 16 20 0,08— 0,16
Удалить припуск невозможно.
10. Показатели ультразвуковой доводки
Ампли- туда ко- лебаний, мкм Удален - ный слой материа- ла по диаме- тру, мкм Абсолют- ный износ притира по диа- метру, мкм Относи- тельный износ притира, % Шерохова- тость, мкм Некруг- лость, мкм
исход- ная конеч- ная исход- ная конеч- ная
0 23,0 20,0 87,0 0,362 0,147 4,68 0,83
10 24,0 17,0 70,8 0,394 0,176 3,04 0,77
25 44,5 22,0 49,4 0,378 0,168 4,50 1,09
13*
372
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 33. Схема ультразвукового упроч-
нения наружных цилиндрических по-
верхностей:
I, //—подача и отвод воды; / — ультра-
звуковой генератор; 2—магнитострик-
ционный преобразователь; 3—концент-
ратор; 4 — рабочая часть ультразву-
кового инструмента; 5 — обрабаты-
ваемая деталь; 6 — груз; 7 — направ-
ляющие
Рис. 35. График влияния ввода ультра-
звуковых колебаний и подачи 5 на кру-
тящий момент AfKP при сверлении от-
верстия диаметром 5,8 мм (сталь
ШХ15), обозначения см. рис. 34
фования, полирования, доводки,
алмазного выглаживания и др.
Данные о режимах и результатах проведения отдельных операций
содержатся в табл. 7—10 и на рис. 34—36.
Точение (УЗМТ). Ввод (наложение) ультразвуковых колебаний
в систему станок—-приспособление—инструмент—деталь (СПИД) при
Рис. 34. График влияния ввода
ультразвуковых колебаний на осе-
вое усилие Ро при сверлении отвер-
стия диаметром 5,8 мм:
1 — без ультразвука; 2 — с ульт-
развуком £=Л = 13 мкм; 3 — то же,
А — 6 мкм; 4 — то же, А = 8 мкм
Рис. 36. Зависимость съема от дли-
тельности обработки при суперфи-
нишировании с ультразвуком (спло-
шные линии) и без ультразвука
(штриховые) брусками:
/ — 6СМ7С1К; 2 — 6СМ10С1К;
3 — 6СМ14СМ1К
кования, развертывания, наре-
зания резьб, долбления, раз-
резания и др. При обработке
абразивами соответственно ин-
тенсифицируют операции шли-
притирки, суперфиниширования,
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА 373
токарной обработке в особенности вязких или хрупких материалов
(жаропрочных, титановых, тугоплавких сплавов), снижая трение
в зоне резания, обеспечивая возникновение пластической деформации
при более низких напряжениях, значительно уменьшая сопротивление
сходу стружки и облегчая стружкообразование, улучшает тепловой
режим, облегчает резание, повышает качество обработанной поверх-
ности. Эти положения сохраняют силу и при других видах резания
лезвийным инструментом.
Эффект воздействия ультразвуковых колебаний на основные со-
ставляющие силы резания зависит от их частоты, амплитуды, направ-
ления, свойств материала заготовки и инструмента, от режима реза-
ния и др.
В зависимости от конкретного оборудования и условий операции
принимают различные конструктивные решения о способе ввода ультра-
звуковых колебаний в технологические узлы станка. Обязательным
условием является наличие этих колебаний в зоне резания и возмож-
ности регулирования их интенсивности. Обычно обработка ведется
на стандартном металлорежущем оборудовании, дополнительно осна-
щенном ультразвуковыми преобразователями.
Сверление, зенкерование, развертывание (УЗМС, УЗМЗ, УЗМРЗ).
В оптимальных условиях наложение ультразвуковых колебаний на
режущий инструмент в процессах получения и обработки отверстий
снижает суммарный крутящий момент и осевые усилия, шероховатость
обработанной поверхности, повышает точность обработки.
Для выполнения операции, проводимой обычно на стандартных
сверлильных станках, ультразвуковые (продольные или крутильные)
колебания от преобразователя с помощью соответствующих волновод-
ных узлов станка вводят в обрабатывающий инструмент (сверло, раз-
вертку, зенкер), сообщая им кроме главного движения (вращательного
и поступательного) дополнительное колебательное перемещение в осе-
вом направлении с ультразвуковой частотой.
В оптимальных условиях ввод ультразвуковых колебаний облег-
чает проведение обработки, сокращает расход инструмента, улучшает
качество обработанной поверхности.
Нарезание резьбы (УЗНР). При наложении ультразвуковых коле-
баний на метчик существенно снижается сила трения на боковых гра-
нях режущей части, почти полностью устраняется их защемление,
заметно уменьшаются крутящий момент и осевая сила, облегчается
удаление стружки из зазоров.
При объединении акустической и механической систем в станке
для резьбонарезания метчику сообщается одновременно с обычным
движением (вращательным и поступательным) дополнительное колеба-
тельное перемещение в осевом направлении с малой амплитудой (3—
5 мкм) в диапазоне частот 18—44 кГц. Операция особенно эффективна
при нарезании резьб малого и среднего диаметра в жаропрочных и ти-
тановых сплавах.
С введением ультразвука в 2—3 раза повышается производитель-
ность резьбонарезания, улучшается качество резьбы, повышается стой-
кость и снижается расход инструмента, что позволяет нарезать резьбу
в труднообрабатываемых, например вязких, материалах.
Шлифование (УЗМШ), полирование (УЗМП), доводка (УЗМД)
связанным абразивом (абразивным инструментом). При наложении
ультразвуковых колебаний на абразивный инструмент в операциях
374
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
чернового и чистового, круглого и плоского шлифования в различных
режимах и условиях проведения снижаются трение и выделение тепла
на шлифуемой поверхности, облегчается удаление отходов, замедляется
износ инструмента. Ввод интенсивных УЗ-колебаний (Л == 10-4-30 мкм)
в СОЖ, способствует очистке круга от налипания металла, повышая
его работоспособность и стойкость.
Для воздействия на процесс резания абразивным инструментом
ультразвуковые колебания оптимальной частоты и интенсивности
обычно вводят параллельно плоскости обработки (вдоль оси вращения).
Кроме инструмента, содержащего абразивные зерна, закрепленные
в связке, применяют инструмент, состоящий из металлической основы,
шаржированной алмазными зернами.
При вводе ультразвуковых колебаний в СОЖ и создании в ней
интенсивных акустических течений и кавитации снижается забивание
абразивного круга металлом, создается возможность работать более
твердыми и мелкозернистыми кругами, чем обычно, повышаются удель-
ная производительность, стойкость кругов и качество обработанной
поверхности.
Суперфиниширование (УЗСФ) — это высокочистовая обработка
внутренней и наружной поверхности тел вращения, проводимая мелко-
зернистыми абразивными брусками, упругоприжатыми к обрабатывае-
мой поверхности и совершающими возвратно-поступательное осцилли-
рующее движение вдоль образующей детали. При наложении на бруски
ультразвуковых колебаний оптимальной частоты и интенсивности про-
цесс суперфиниширования интенсифицируется и качество обработан-
ной поверхности повышается.
Для выполнения операции брусок обычно крепят к преобразова-
телю ультразвуковых колебаний, установленному на суперфинишной
головке станка.
Эффективность операции проявляется тем, что в присутствии
ультразвука процесс суперфиниширования протекает более стабильно
с повышенной производительностью, со снижением износа брусков и
улучшением качества обработанной поверхности. Повышаются тех-
нологические характеристики процесса за счет улучшения управле-
ния им.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бляшко Я. И., Волосатое В. А., Вероман В. Ю. Повышение
долговечности деталей методом ультразвукового упрочнения шарика-
ми. —• В кн.: Опыт применения совмещенных электрофизико-химиче-
ских методов обработки в промышленности: Материалы семинара. Л.:
ЛДНТП, 1978, с. 67—70.
2. Волосатое В. А. Шлифование с применением ультразвуковых
колебаний. — В кн.: Прогрессивные электрофизические и электрохими-
ческие методы чистовой обработки деталей. Л.: ЛДНТП, 1973, с. 74—
82.
3. Марков А. И. Ультразвуковая обработка материалов. М.:
Машиностроение, 1980, 238 с.
4. Муханов И. И. Эффективность упрочняюще-чистовой обработки
ультразвуковым инструментом. — В кн.: Электрофизические и электро-
химические методы обработки материалов: Материалы семинара. М.:
МДНТП, 1975, с. 150—152.
ПЛАЗМЕННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
375
5. Нерубай М. С. Эффективность ультразвуковых методов меха-
нической обработки жаропрочных и титановых сплавов. — В кн.:
Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов:
Материалы семинара. М.: МДНТП, 1978, с. 120—122.
6. Передовые методы применения ультразвука в технологических
процессах обработки металлов в машиностроении: Тезисы докладов
Всесоюзного семинара. М.: ЦП НТО Машпром, 1970. 201 с.
7. Подураев В. Н. Обработка резанием с вибрациями. М.: Маши-
ностроение, 1970, 352 с.
8. Поляков 3. И., Блюменкранц Д. Л., Боос Л. В. Станки для
прецизионной обработки отверстий в твердом сплаве совмещенным
ультразвуковым и электрохимическим методом. — В кн.: Опыт при-
менения совмещенных электрофизико-химических методов обработки
в промышленности. Материалы семинара. Л.: ЛДНТП, 1978, с. 71—74.
9. Северденко В. П., Клубович В. В., Степаненко А. В. Обработка
металлов давлением с ультразвуком. Минск.: Наука и техника, 1973.
286 с.
10. Ультразвуковой суперфиниш/И. Д. Гебель, А. А. Зыков,
М. Я. Старкина и др. Л.: ЛДНТП, 1978, 24 с.
11. Шульгин В. Г., Левитан И. И., Залманов Б. Я. Химико-
ультразвуковое и электрохимическое снятие заусенцев с пакетов и
пластин магнитопроводов. — В кн.: Электрохимические и ультразву-
ковые методы очистки поверхности, скругления кромок и съема зау-
сенцев: Материалы семинара. Л.: ЛДНТП, 1972, с. 83—98.
Глава 18
ПЛАЗМЕННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Относительная новизна методов плазменной обработки материалов
и специфика их не способствуют пока возникновению комбинированных
методов на их основе. Основным видом плазменной комбинированной
обработки (ПЗКО), получающим широкое промышленное распростра-
нение, является метод плазменно-механического резания (ПЗМР),
в котором совмещается плазменный нагрев поверхности заготовки с ме-
ханическим срезанием нагретого слоя. ПЗМР — эффективный метод
для тех материалов, которые трудно обрабатываются резанием. В таких
операциях он обеспечивает многократное повышение производитель-
ности.
На рис. 1 показана принципиальная схема установки для токар-
ной обработки заготовок с плазменным нагревом зоны резания, разра-
ботанной Ижорским заводом им. А. А. Жданова и ВНИИЭСО и приме-
няющейся для обдирки крупных заготовок из труднообрабатываемых
сплавов.
Основным оборудованием для ПЗМР является установка ПМО,
смонтированная на токарном станке мод. 1682А с высотой центров
1640 мм и расстоянием между центрами 14 000 мм.
В состав установки входит следующее оборудование: источник
питания АПР-401; плазмотрон ПВР-1; манипулятор плазмотрона;
токосъемник со щеточным устройством; вводной шкаф; специальный
376
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 1« Схема установки для токарной обработки с плазменным нагревом
центр; специальный кулачок; устройство для связи вентиляционной
системы с суппортом станка; модернизированная задняя бабка, резец-
вкладыш; специальная оснастка.
Техническая характеристика источника питания А ПР-401
Напряжение сети трехфазного переменного тока частотой
50 Гц, В ..................,.......................... 380
Пределы регулирования рабочего тока, А . .......... 100—400
Максимальное давление воздуха, кПа ................... 400
Номинальная потребляемая установкой мощность, кВт 120
Техническая характеристика плазмотрона ПВР-1
Сила тока (постоянного), А................................. 100—400
Плазмообразующий газ ..................................... Воздух
Охлаждение ..... ..............................Водяное (при-
нудительное)
Расход воды, л/мин....................... . 5
Материал электрода ............................ . . Гафний
Материал сопла............................................ Медь
Масса, кг............................................. 3
Для получения основной режущей дуги первоначально возбу-
ждается дежурная дуга между электродом и соплом. Время горения
дежурной дуги не должно превышать 2—3 с. При соприкосновении
дежурной дуги с поверхностью обрабатываемого металла возбуждается
основная дуга между электродом и изделием. Электрод плазмотрона
состоит из наконечника и запрессованной в него по специальной тех-
нологии вставки (вкладыша).
Рабочая поверхность вставки в процессе горения в окислительной
среде покрывается пленкой термически стойких окислов, препятству-
ющей дальнейшему разрушению материала вставки. Для отвода тепла,
возникающего в процессе работы, применяют систему водяного охла-
ждения. Расстояние между соплом и электродом регулируют специаль-
ным устройством. Сжатие дуги осуществляется потоком воздуха через
сопло плазмотрона. Источником питания служит кремниевый выпря-
митель.
При нагреве определенной части срезаемого слоя снижаются уси-
лие резания и подача. По достижении заданного значения тока процесс
ПЛАЗМЕННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ-ОБРАБОТКА
377
Рис. 2. Резцовый вкладыш
обработки стабилизируется при
условии правильной заточки и
изготовления резца. Оптималь-
ные режимы плазменно-механи-
ческой обработки приведены
ниже.
Ток дуги. А ..... До 300
Напряжение, В . . . . 100
Диаметр сопла, мм , . 4,5—5
Подача на один оборот s,
об/мин............... 2.5
Скорость резания о,
м/мин ............... 20—25
Глубина резания f, мм 20—25
Наилучшие результаты дает
работа резцами, оснащенными
твердосплавными пластинами
Т5К10 и ВК8.
Для обработки применяют
специальный резцовый вкладыш
с водяным охлаждением. Охла-
ждение тела резцового вкла-.
дыша позволяет отбирать часть
тепла от пластины и тем самым увеличить его стойкость. Схема 'рез-
цового вкладыша представлена на рис. 2.
Обрабатываемое изделие устанавливают в центрах токарнсго станка
и крепят со стороны передней бабки кулачками, а со стороны задней
бабки поджимают вращающимся центром. С помощью резца образуется
поверхность резания (кольцевая проточка на 80—100 мм по длине об-
работки). Плазмотрон подводят под заданным углом к направлению
продольной подачи на расстояние 30—50 мм от поверхности зоны ре-
зания.
Режимы резания труднообрабатываемых слитков универсальным
или обычным методом (без плазменного подогрева поверхности резания)
и с применением плазменного нагрева приведены в табл. 2, 3.
После внедрения технологии обработки с плазменным нагревом зоны
резания производительность станка, оснащенного плазменной установ-
кой, повысилась вЗ—5 раз, расход резцов сократился в 5—6 раз (табл. 1).
1. Эффективность ПЗМР
Параметр Обычное резание ПЗМР
Стойкость резца с пластиной Т5КЮ, мин 10 60
Расход резцов на один слиток (в зависимости от качества заготовки) 30—40 4 — 8
378
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
2. Режимы ПЗМР
Диаметр слит- ка, мм Состояние обрабатываемой поверхности Обычное резание Плазменно-механи- ческое резание
/, мм S, об/мин V, м/мин мм s, об/мин V, м/мин
580 По корке 15 1,2 9 17 2,5 18
Без корки 10 1,6 17,6 8 «м 31
930 По корке 15 1,2 9 18 2,5 24
Без корки 10 1,6 17,6 7 2.5 41,5
1250 Пр корке 23 1,2 9 23 — 24
Без корки 10 1,6 17,6 10 2,5 41,5
3. Результаты обработки резанием различных труднообрабатываемых
материалов
Размеры
заго-
товки,
мм
Обычный способ
С применением плазменного
нагрева
Обрабаты-
ваемый
материал
Хромони-
келевая
сталь:
центро-
бежное
литье
поковка
Сталь
38XH3BA
(поковка)
660 17 248,4
615 25 696,0
320 22 361,8
0,64 2,0 21,6
0,81 6,0 112,65
0,81 6,0 52,10
745,8 1,03
6,0 104,46
927,0 2,0
964,2 2,0
370,8
339,6
Режим работы установки АПР-401-У4: рабочий ток 280-*
300 А: рабочее напряжение 180—220 В.
Стоимость обработки 1 т слитков сократилась от 12 до 4 р. При этом
высвобождены три уникальных станка. Экономический эффект от вне-
дрения только одного станка с плазменной установкой составил свыше
40 тыс. р.
При использовании ПЗМР скорость рабочего хода стола увеличи-
лась от 4,5 до 25 м/мин, а подача от 1,8 до 2,5—3 мм/дв. х.
Исследования поверхностного слоя заготовок-образцов, обработан-
ных с применением плазменного нагрева зоны обработки, показали,
что этот метод можно применять не только на обдирочных операциях,
4. Режимы плазменно-механического резания
Обрабатываемый
материал ♦-*
Скорость резания, м/ч Подача на один оборот, мм/об Глубина, мм Ток дуги, А Напряжение на дуге, В
Положение плазмотрона
а мм о га Л рхно- гра- 3 ’ н о га в. хо х Дуги и, мм га о. рдо- 3 Я S у
ч _ Ч о ф . га о. _ рм г* оз ф га
с 03 <я га И К схф 3 о ф И 0 ч
Диаметр со плазмотрон Высота кан пла, мм Расстояние плазмотрон резца, мм Угол к по сти резани дусы У гол к об ваемой нов сти, градус Расстояние до поверхнс Угол в пла] Дусы Материал т С о 0 0 га Ч й
Установка на базе токарных станков мод. 1А680 и 1682А
Марганцовистые 1200—1500 2,5—3,6 15 — 20 250 170 5,0 4,0 200—250 16 50 40—50 45 Т5КЮ,
стали Т14К8
Коррозионно-стой- кие стали 1500—1800 2,5—3,0 Устан 15—20 овка на 270 базе 190 продо 4,5 льно-с 5,0 rrporaj 200—250 явного стан 24 к а мод. 55 7А278 40—50 45 Т5К10
Коррозионно-стой- I кие стали | 1500— 1800J | 3,0—3,5 1 20—25| 270 | 190 | 5,0 1 4,0 1 200 — 250 | 30 | 60 I 35 —40| — I Т5К10
♦> Поковки и отливки. Обдирка по корке и обточка.
ПЛАЗМЕННО-МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
380
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
но и на предшествующих чистовым. Науглероженный слой образца
по диаметру составляет 0,15 мм на жестких режимах; дефектов обра-
ботанного слоя не обнаружено; микротвердость по всей науглероженной
глубине по сравнению с основным металлом несколько выше из-за
попадания в плазмообразующую струю воздуха, масел и других при-
месей. Режимы ПЗМР коррозионно-стойких и марганцовистых сталей
приведены в табл. 4.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нестеров В. Н., Сисигин Р. И. Резание металлов с плазменным
нагревом зоны обработки: Наглядное пособие. Л.: ЛДНТП, 1979.
2. Плазменная технология; Опыт разработки и внедрения/Сост.
А. Н. Герасимов. Л.: Лениздат, 1980. 152 с.
Глава 19
МАГНИТНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
Основными видами магнитной комбинированной обработки, по-
лучившими практическое применение, является магнитно-абразивное
шлифование (МАШ) и магнитно-абразивное полирование (МАП).
Представляя собой по существу процессы механического шлифования
и полирования, МАШ и МАП отличаются тем, что силовое воздействие
на обрабатывающий инструмент создается за счет магнитного поля,
а инструмент, состоящий из ферромагнитных абразивных зерен, при-
обретает требуемую форму и рабочие свойства в присутствии магнитного
поля и теряет их сразу же после устранения поля.
Процессы МАШ и МАП конструктивно-технологически оформля-
ются одинаково и отличаются лишь показателями режима обработки
и характером зерен. Принципиальная схема процесса показана на
рис. 1, схема МАП с использованием ферромагнитного абразивного
порошка —на рис. 2, 3. В табл. 1—5 и на рис. 4—12 приведены ха-
рактеристики этих способов.
Рис. 1. Принципиальная схема процессов МАШ и МАП:
/ — обрабатываемая деталь (заготовка); 2,3 — полюса электромагнита;
4 = магнитно-абразивное зерно (ферромагнитный порошок)
МАГНИТНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
381
Рис. 2. Схема МАП с использованием ферромагнитного абразивного порошка
в качестве режущего инструмента и передачей движения резания обычным
приводом:
а — обработка наружной поверхности тел вращения; б — обработка внут-
ренней поверхности тел вращения; в — обработка деталей произвольной
формы; г — полирование зубчатого венца шестерни; 1 — обрабатываемая
деталь; 2—электромагнит; 3—порошок; 4—кольцевая ванна; 5—колесо-полюс
1. Характеристика порошков из композиционных магнитно-абразивных
материалов
Материал порошка Количество абразивной составляющей, массо- вые доли в % Магнитная проницае- мость ц, мкГн/м Микротвердость Нц, Удельный съем металла для стали, мг/(см2* мин) Параметр шерохо- ватости для стали,- мкм
Rz Ra
30X13 У10А 30X13 о >>
Fe—TiC 20 9,05 3100 43,90 12,66 0,50 0,025
Fe—СгяС2 20 6,74 1350 38,48 10,11 0,65 0,032
Fe—А12О3 20 8,04 2300 23,85 6,90 0,92 0,060
Fe—WC 20 8,04 2400 8,94 6,67 2,00 0,042
Fe—ZrC 10 8,14 2800 10,30 5,33 2,15 0,160
Fe—W2B5 Fe-(Al,O3+Ni) 20 7,72 2700 27,37 5,23 0,80 0,120
50 *1 4,17 2300 11,38 4,86 2,25 0,170
Fe— [Al2O3+(Ni+Co)J 50 3,83 2300 6,23 3,89 2,45 0,210
Объемные доли, %.
382
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 3. Схемы МАП с использованием ферромагнитного абразивного порошка
в качестве режущего инструмента и передачей движения резания от переме-
щающихся полюсов магнитного индуктора:
а — полирование верхней поверхности немагнитной детали; б *- полирова-
ние плоских гладких или фасонных деталей из немагнитного материала;
в — полирование плоскостей деталей из ферромагнитного материала; г —
полирование отверстия в корпусной детали из магнитного материала;
д — обработка мелких деталей, закрепленных по окружности статора; 1 —
деталь; 2 — электромагнит; 3 *- ферромагнитный абразивный порошок; 4—
электромагнит, питаемый постоянным током
2. Показатели обрабатываемости материалов и их механические и физические
характеристики
Полируемый материал д S 2 2 2 О <1 Ra, мкм Предел прочности при растяжении ов, МПа Относительное удлинение при рас* тяжении 6, % Твердость НВ Магнитная прони- цаемость ♦* ц«10“ь, Гн/м
Сталь: 10 40 0,38 340 31 137 5,292
45 30 0,075 610 16 197 4,912
40Х 29 0,11 1000 10 207 4,914
У8А 27 0,06 800 127 4,850
40X13 22,5 0,125 520 20 229 2,262
Латунь Л59-1 20 0,19 300 35 90 0,126
Сталь 12Х18Н10Т 10 0,22 520 40 197 0,126
Сплав титана ОТ4 7,5 0,45 800 30 60 0,126
*1 Получена при напряженности
магнитного поля
Н = 4» 1 О4
А/м.
МАГНИТНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
383
3. Характеристики поверхностей образцов из стали У10А
Характери- Операция, НВ HRC
стики по- верхностей формирующая поверхность 197 25—Зо| 35—40| 45—50 55 — 60 60—65
Точение 0,34 6,25 6,50 . 6,33 6,46 6,33
Среднее арифметиче- ское откло- нение про- филя Ra, мкм Шлифование 0,87 0,82 0,90 0,82 0,82 0,82
МАП после точе- ния 0,40 0,38 0,32 0,27 0,18 0,10
МАП после шли- фования 0,096 0,094 0,092 0,074 0,060 0,051
Средний шаг неровностей Sm, мкм МАП после точе- ния 124 118 92 85 86 68
МАП после шли- фования 84 85 72 64 55 58
Высота Шлифование 2,70 2,70 2,75 2,80 2,63 2,70
неровностей волнистости (по дуге окружности) Н3, мкм МАП после точе- ния 1,48 1,46 1,14 0,92 0,88 0,74
МАП после шли- фования 0,45 0,46 0,42 0,37 0,28 0,25
Шлифование 0,90 2,85 2,80 2,90 2,70 2,70
Высота неровностей гранности Нг, мкм МАП после точе- ния 2,24 2,08 1,84 1,76 1,64 1,42
МАП после шли- фования 0,90 1,10 1,20 1,10 1,20 1,30
Овальность, МАП после точе- ния 3,42 3,64 3,52 3,68 3,72 3,54
мкм МАП после шли- фования 2,35 2,45 2,54 2,47 2,46 2,38
384
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
4. Физико-механические свойства ферромагнитных порошков и их режущие
свойства при полировании сталей 45 и У8А (HRC 55—62)
Материал порошка Характеристика порошка Результаты магнит- но-абразивного полирования
Магнитная проницае- мость ♦* ц-10”®, Гн/м Удельное электриче- ское сопротивление, Ом- мм2/м Абразивная способ- ность *2 Q- 10s, г Толщина снимае- мого при- пуска для стали Л. 108, мм/мин Показа- тель степени Ь *8 для стали
1Q У8А ю У8А
Марганцово-цинковый фер- рит марки 3000НМ 4,3 9,98»108 2,2 0,92 0,93 0,77 0,56
Серый чугун СЧ 18 6,65 2,08.10* 5,1 1,34 1,15 0,52 0,34
Марганцово-цинковый фер- рит марки 2000НМ 5,9 2,33.10” 5,9 1,40 1.11 0,85 0,28
Марганцово-цинковый фер- рит марки 1000НМ 4,6 2,02-10» 7,3 0,71 1,04 0,74 0,58
Никель-цинковый феррит марки 600НН 5,25 2,33-10» 8,0 1,90 1,08 0,74 0,48
Закаленный чугун 7,6 7,3.102 11,9 1,34 1,12 0,88 0,37
Кермет ЭБ М40Ч-30% Fe 3,43 2,6.10е 15,0 2,05 1,34 0,83 0,84
Кермет ЭВ М40+ 4-30% 600НН 2,27 6,15-10» 18,0 3,09 2,00 0,72 0,85
Получено при
напряженности магнитного поля
Н = 64 000 А/м,
*2 Получено при истирании закаленной стали У8А
♦3 Показатель степени характеризует затухание процесса съема металла
во времени по уравнению ДР ht\ где ДР *- изменение диаметра поли-
руемой поверхности, h —• коэффициент, определяющий толщину металла,
снимаемого за первую минуту полирования: t — время
МАГНИТНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
385
5. Технические характеристики электромагнитных индукторов
для плоского шлифования
Параметр ЭМИ-1»1 ЭМИ-2 ЭМИ-3 ЭМИ-4 ЭМИ-5
Конструктивная ха- Двух- Одно- Одноряд- Двух- Двух-
рактерйстика рядный рядный шестипо- люсный ный че- тырехпо- люсный рядный рядный
Наибольший диа- метр индуктора, мм Диаметр ♦* ряда по- люсов, мм: 180 142 150 170 195
наружного 150/135 110/82 110/85 165/150 185/160
внутреннего 75/38 очг 80/50 100/60
Высота индуктора Н, мм 145 156 150 120 140
Общая рабочая пло- щадь полюсов* см2 49,5 17*5 16,9 49,5 90
Число радиальных пазов Ширина пазов на полюсе, мм: 6 6 6
наружном 20 —- 30 25
внутреннем Глубина пазов на полюсе, мм; 15 8 8
наружном . 10 — в» 60 90
внутреннем 10 — *-» 30 10
Число обмоток 1 6 4 1 1
Число витков каж- дой обмотки 2300 1100 1300 2250 1300
Диаметр обмоточно- го провода, мм 1,08 0,8 0,8 0,8 1,25
Сечение обмотки, мм 100X24 73Х 10 63Х 14 50X33 78X28
Суммарная МДС об- моток, А 5750 8250 6500 2910 3900
Максимальное на- пряжение питающе- го тока *а, В Магнитная индук- ция при максималь- ном токе на полюсе Тл *4: 36,5 10,5 9 42 67
наружном 0,78 0,92 0,88 1,25 1,4
внутреннем 1,52 — 0,38 1,2
*‘ Завод сЭлектросила».
меньший^ числителе указан наибольший диаметр, в знаменателе — наи-
*3 Соединение обмоток параллельное.
*4 Индукцию измеряли над плоскостью плиты из стали 45; рабочий
зазор (б = 1,5 мм) заполнен порошком из кермета.
386
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 4. Зависимость шероховатости поверхности (а) и съема металла (б) при
МАП от следующих факторов:
1 — скорости резания vp; 2 — скорости осцилляции иоСц; 3 — скорости по-
дачи vn; 4 — амплитуды осцилляции А; 5 — длительности обработки /; 6
магнитной индукции В в рабочем зазоре; 7 — рабочего зазора б
а) 5)
Рис. 5. Зависимость шероховатости поверхности (а) и съема металла (б) от
длительности обработки для магнитно-абразивных порошков:
t - Fe-f-TiC; 2 — Fe + Сг3С2; 3 - Fe + WC; 4 — Fe 4- A12O3; 5 — Fe +
+ V/»BS; « — Fe + ZrC; 7 — Fe + (A1»OS + Ni); S—Fe + [AkOa + (Wi-f-Co)J
МАГНИТНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
387
Рис. 6. График влияния зернистости маг-
иитно-абразивного порошка (Fe 4- TiC) на
шероховатость поверхности (/) и съем ме-
талла (2)
Рис. 7. График влияния содержания абра-
зивной составляющей (QagP) в магнитно,
абразивном порошке на шероховатость по-
верхности (а) и съем металлла (б):
1 - Fe + TiC; 2 — Fe 4- WC; 3 —
Fe 4- А12ОЯ
qf мг/см2- Ra, мкм
О 12 24 36 48 t,C 0 12 24 36 46 t,C
Я
Рис. 8. Зависимость удельного съема материала (а) и шероховатости (б) от
длительности обработки:
1 — сталь 10; 2 — сталь 45; 3 — сталь 40Х; 4 — сталь У8А; 5 — сталь 40X13;
6 латунь Л59-1; 7 « сталь 12Х18Н40Т; 8 == сплав титана ОТ4
388
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 9. График изменения давления по-
рошка на обрабатываемую поверхность
в зависимости от скорости резания Up
(/), скорости подачи <>п (2), скорости
осцилляции «осц (3)
Рис, 10. График влияния давления
магнитно-абразивного порошка на
обрабатываемую поверхность в за-
висимости от магнитной индукции
В в рабочем зазоре (/), рабочего
зазора б (2), степени заполнения
(3) порошком рабочей зоны К
При магнитно-абразивной обработке применяют следующие ма-
териалы для порошков: ферросплавы (ферробор, ферроборал, ферро-
титан, ферровольфрам, ферромарганец, ферросилиций), железо и его
соединения (ПЖ-1, ПЖ-2, ПЖ-3, ПЖ-4; ПЖ-5; ПЖ-1М, ПЖ-2М;
ПЖ-ЗМ; МАМ-20; МАМ-40), керметы (карбид кремния, карбид титана,
феррит—корунд, альсифер), абразивы (электрокорунд белый и зеле-
ный, карбид кремния).
Рис. 11. Зависимость глубины (а) и степени (б) изменения микротвердости
поверхностного слоя стали УЮА от магнитной индукции В в рабочем зазоре
(/), длительности обработки t (2) и зернистости порошка Д (3)
МАГНИТНАЯ КОМБИНИРОВАННАЯ ОБРАБОТКА
389
Рис. 12. Графики изменения содер-
жания остаточного аустенита (/),
напряжений 1 (2) и II рода (3) и дис-
персности блоков когерентного рас-
сеяния (4) в поверхностном слое
стали У10А при объемном МАП, в
зависимости от следующих факто-
ров:
а — магнитной индукции в рабочем
зазоре; б — длительности обработ-
ки; в — зернистости порошка
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Барон Ю. М. Технология абразивной обработки в магнитном
поле. Л.: Машиностроение, 1975. 127 с.
2. Классен В. И. Омагничивание водных систем. М.: Химия,
1978. 238 с.
3. Коновалов Е Г., Сакулевич Ф. Ю. Основы электроферромагнит-
ной обработки. Минск.: Наука и техника, 1974. 272 с.
4. Коновалов Е. Г., Шулев Г. С. Чистовая обработка деталей
в магнитном поле ферромагнитными порошками. Минск: Наука и тех-
ника, 1967. 124 с.
5. Магнитно-абразивное полирование деталей: Тезисы докладов,
Минск: Физико-технический ин-т АН БССР, 1976. 152 с.
6. Сакулевич Ф. Ю., Кожуро Л. М. Объемная магнитно-абразив-
ная обработка. Минск.; Наука и техника, 1978. 168 с.
7. Сакулевич Ф. Ю., Минин Л. К., Олендер Л. А. Магнитно-абра-
зивная обработка точных деталей. Минск: Высшая школа, 1977. 136 с.
390
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Глава 20
НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
Нагрев металлов в электролитах — разновидность электротехноло-
гии, позволяющая эффективно решать сложные технологические задачи.
К преимуществам метода относят: достижение высоких скоростей
нагрева до любых температур вплоть до температуры плавления; воз-
можность полной автоматизации в массовом производстве, разнообра-
зие операций термической и термохимической обработки, а также пай-
ки,наплавки и других операций; возможность локализации и получения
строго ограниченной зоны нагрева; легкость регулирования тепловых
параметров изменением электрических параметров режима; невысокое
удельное энергопотребление; неагрессивность рабочей среды.
К недостаткам метода следует отнести необходимость создания
специализированного оборудования и оснастки; усложнение обору-
дования для обеспечения безопасной эксплуатации из-за повышенных
напряжений; затруднительность прямого контроля температуры на-
греваемых деталей; выгодность применения преимущественно в массо-
вом производстве; некоторую сложность нагрева профилированных
изделий большой протяженности; недостаточно высокий КПД (40—
45%).
Нагрев в электролите токопроводящих материалов основан на
использовании тепла, выделяющегося на поверхности катода при
пропускании через электролизную ванну тока повышенного напряже-
ния и большой плотности.
Принципиальная схема осуществления нагрева приведена на
рис. 1. При прохождении постоянного тока (в определенных условиях
возможно питание ванны и переменным током) повышенного напряже-
ния (150—300 В) и плотности (2—6 А/см2) через электролит 1 между
катодом 2 и анодом (обычно корпусом ванны) 3 на поверхности катода
в результате электролиза воды происходит интенсивное выделение
водорода. В начальной стадии процесса пузырьки водорода 4 закрывают
поверхность катода в отдельных участках, поэтому через оставшиеся
незакрытыми места начинает течь ток большой силы, быстро разогрева-
ющий эти места и приводящий к испарению электролита. Паровая
оболочка оттесняет электролит от катода, сила проходящего тока резко
Рис. 2. Фазы процесса нагрева в электролите:
/ — исходное состояние; II — первая фаза; III **
вторая фаза
Рис. 1. Схема нагре-
ва в электролите
НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
391
становится прерывистым. Частота
Рис. 3. Вольт-амперная кривая процес-
са нагрева в электролите
снижается, тепловыделение умень-
шается, охлаждающиеся водяные
пары конденсируются, и процесс
повторяется в той же последова-
тельности снова.
В результате устанавливается
определенная частота колебаний
силы проходящего тока, и процесс
прерывания тока, при прочих равных условиях, возрастает с уменьше-
нием площади катода. Длительность единичного импульса тока
s2K№
где /? — сопротивление всей цепи; SK — поверхность погруженной
части катода; U — напряжение; % — удельное сопротивление электро-
лита; t — температура электролита.
При определенных для каждого частного случая значениях плот-
ности тока и напряжения прерывистый процесс прекращается и вокруг
катода образуется тонкая, состоящая из водорода устойчивая газовая
оболочка 4. Эта оболочка в значительной степени ионизируется и начи-
нает пропускать через себя ток в форме импульсных газовых разрядов,
сопровождающихся выделением тепла. Тепло выделяется также в ре-
зультате экзотермических реакций, протекающих в газовой оболочке.
Конечным результатом перечисленных процессов является интен-
сивный нагрев (постепенно) поверхности катода за счет теплоты,
распространяющейся Bt массу катода. Отдельные фазы процесса пока-
заны на рис. 2.
Типичная вольт-амперная кривая последовательности отдельных
стадий процесса нагрева в электролите показана на рис. 3. При постоян-
ном увеличении напряжения на электродах ванны вначале протекает
нормальный процесс электролиза (а—б). В этой области зависимость
между током и напряжением носит линейный характер и подчиняется
закону Ома. При дальнейшем повышении напряжения наступает пер-
вая фаза процесса (б—в) — интенсивное газообразование у поверхности
катода сопровождается резкими колебаниями прилежащей к нему
жидкости, возникновением отдельных искровых разрядов, характерным
треском. Сила тока, проходящего через ванну, падает. Дальнейшее
повышение напряжения приводит к увеличению числа единичных
разрядов и в конечном счете к образованию у поверхности катода устой-
чивой светящейся оболочки. Сила тока снова возрастает. Наступает
вторая фаза процесса (в—а), при которой и происходит нагрев поверх-
ности катода. Если на электроды подавать сразу полное напряжение
(например, 220В), то процесс может протекать ненормально, в соответ-
ствии с характером первой фазы.
Оптимальным режимам нагрева в электролите соответствуют
условия, при которых процесс протекает только во второй фазе, или
когда первая фаза кратковременна.
Скорость нагрева и температура могут изменяться в широких
пределах регулированием подводимого напряжения и силы проходя-
392
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Рис. 4. Зависимости ме-
жду параметрами процес-
са нагрева в электролите:
1 — сила тока / — нап-
ряжение {7; 2 —диаметр
заготовки d3ar — дли-
тельность нагрева 3 —
отношение площадей ано-
да и катода $а/$к — сила
тока /; 4—концентрация
электролита С — плот-
ность тока D; 5— темпе-
ратура электролита
температура нагрева об,
разца fH; 6 — тем перату,
ра электролита — сила
тока /; 7 — диаметр заго-
товки d3ar — плотность
тока D
Рис. 5. Схемы устройств для различ-
ных способов нагрева в электролите
НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
“) к)
Рис. 6. Схемы экранирования при нагреве в электролите:
а — местное экранирование, экран из огнеупорного материала; б — то же,
экран из пластмассы; в — то же экран из пластмассы с керамической встав-
кой; г — то же, экран из пластмассы с металлической вставкой; д, е — пол-
ное экранирование, экран из огнеупорного материала; ою — то же, экран
из пластмассы; з — то же, экран из пластмассы с металлической вставкой;
и — частичное экранирование, экран из огнеупорного материала; к — то же
экран из пластмассы с керамической вставкой; л, м — то же, экран из пласт-
массы
щего тока. На рис. 4 представлены в общем виде зависимости между
отдельными параметрами процесса нагрева в электролите.
Примеры некоторых операций нагрева в электролите. Закалка
деталей способом нагрева свободного конца.
Этим способом закаливают концы клапанов, головки болтов, винтов
и толкателей, торцы муфт регуляторов и др. Большая точность длины
нагреваемого конца выдерживается путем обеспечения постоянства
глубины погружения детали, являющейся катодом (рис. 5, а), в элек-
тролит. Металлическую ванну подключают к положительному полюсу
цепи постоянного тока. Глубина погружения детали фиксируется при
помощи приспособления.
1. Назначение и виды нагрева в электролите
Вид нагрева Назначение при способе нагрева
Концевом Полном Местном
В слое элек- тролита свободного конца В слое электро- лита при экра- нировании торца Под слоем электролита при экрани- ровании торца В слое элек- тролита Под слоем электролита Погруже- нием и вращением В струе и вращением
Рис. 5, а Рис. 5, б Рис. 5, в Рис. 5, г, д Рис. 5, е Рис. 5, ж, з Рис. 5, и
Поверх- ностный Для отжига и закалки
Объемный одноступен- чатый Для плавле- ния метал- лов при производстве дроби и порошка Для отжига и закалки; горя- чей механиче- ской обработ- ки, пайки Для отжига, закалки, горячей обработки Для отжига, закалки отпуска и
Объемный двухступен- чатый — Для отжига и Для пайки закалки деталей i диффуз Для горячей механической обработки легированных сплавов и инструмента ионного насыщ Для спека- ния металло- керамиче- ских сплавов из легированных с ения поверхности Для горячей механической обработки легированных сплавов плавов и слож1 <ой формы,
Искровая обработка Для диффузионного насыщения и искрового упрочнения поверхности, для создания пористости на по- верхности
m
О
1=1
Продолжение табл. 1
Вид нагрева Назначение при способе нагрева
Последовательном При неподвижном экранировании катода
В слое элек- тролита наружной поверхности В слое электро- лита внутрен- ней поверх- ности Под слоем электролита В слое электролита Под слоем электролита
Рис. 5, к Рис. 5, л Рис. 5, м Рис. 5, « Рис. 5, о
Поверхност- ный Для отжига и закалки
Объемный одноступен- чатый Для отжига, закалки и отпуска Для отжига, закалки и горячей обработки Для отжига и закалки
Объемный Двух- ступенчатый Для отжига ! Для отжига, закалки и отпуска некоторых видов про- ката и закалки деталей из легирован Для отжига, закалки и. отпуска некоторых видов проката ных сплавов, диффузионного нас :ыщения поверхности
Искровая обработка Для диффузионного насыщения и искрового упрочнения поверхности, создания пористости на поверхности
НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
f. Технические характеристики установок для нагрева в электролите
Параметр АЭ5Ш * *х НЭ-1 *2 АЭ-17 *я АЭ-28 АЭ-32 АЭ-29 АЭ-19 АЭ-26
Назначение и пре- Высадка Универ- Закалка Упрочнение Упроч- Упроч- Закалка Местное
дельные размеры за- головок сальная поршневых ободьев нение нение чугун- упрочне-
готовок, мм пальцев, болтов и т. п., 0 16—25, 1 = 300-5-585 установка для мерных заготовок, 0 60, /= 400 пальцев катков трактора ведущих колес трактора звеньев гусениц трактора ных ободьев роликов трактора ние чу- гунных дисков сцепления X О £ от
Материал деталей Сталь Сталь угле- родистая и легирован- ная Сталь 50 Сталь 45 Сталь 45Л Сталь 45Л Чугун Чугун СЧ 15 X X S о
Мощность макси- мальная, кВт 40 500 120 — — — — от X
Напряжение, В х 230 240 240 250 250 210 250 290 X Е
Сила тока, А 40 — 130 300—600 100—120 1300—1400 3000 1300— 1400 550—600 50—60 от 5
Длительность на- грева, с 5—9 40—50 5—25 90 120 30 180 120 от о
Температура нагре- ва, °C 1250—1350 1150—1200 850—950 950—980 950—980 850—900 — — fa от
** Одновременно нагреваемая площадь 300—1200 мм2, производительность 600—850 шт/ч.
*2 Одновременно нагреваемая площадь 600 мм2. Расход энергии 0,6—0,8 кВт«ч/кг.
*3 Производительность 240 шт/ч.
НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ
397
Возможности применения способа определяются сечением, формой
и длиной нагреваемого конца детали. При увеличении сечеция и длины
нагреваемого конца плотность тока распределяется неравномерно.
Это обстоятельство приводит к расплавлению торца и в первую очередь
его острых кромок и выступающих частей. Практически этот способ
используют лишь при нагреве цилиндрических или сферических концов
деталей диаметром до 15 мм на длине 5—10 мм.
Закалка и отжиг концов способом экрани-
рования торца. Расширению области применения концевого
нагрева способствует экранирование торца и выступающих частей.
Для уменьшения плотности тока на торцах, главным образом на острых
кромках и выступающих частях, детали устанавливают на огнестойкий
(огнеупорный кирпич) электроизоляционный материал. Используя
экраны, можно равномерно нагревать детали диаметром до 30—35 мм
при погружении их в электролит на глубину до 40 мм. Экраны, приме-
няемые при различных видах нагрева в электролите, показаны
на рис. 6.
В случае местного концевого нагрева в постоянном катоде делают
гнездо. Деталь устанавливают в это гнездо той частью, которая не
должна нагреваться.
Обработка металлов давлением. Принципы на-
грева металла в электролите перед ковкой, штамповкой, гибкой и вы-
садкой те же, что при закалке. Различие заключается лишь в том,
что перед обработкой давлением металл равномерно нагревают по всему
объему, а не только поверхностный слой детали, как перед закалкой.
Такой нагрев металла достигается соответствующим подбором режима
нагрева и осуществляется на установках, применяемых для закалки.
Объемному нагреву в электролите можно подвергать заготовки диаме-
тром до 100 мм.
Концевой нагрев заготовок малого сечения на длину нагреваемой
части, равной 2,5 диаметра, достигается применением метода экрани-
рования торца. При соблюдении постоянных условий в отношении
состава, концентрации и температуры электролита режимы нагрева
регулируют только изменением напряжения источника тока и времени
нагрева.
Преимущества метода нагрева в электролите проявляются при
проведении конкретных операций в различной форме. При пайке —
это устранение необходимости в применении флюсов, сокращение
расхода припоя, значительное повышение производительности, неслож-
ность автоматизации или проведения в составе поточных линий. При
местном или общем, объемном или поверхностном нагреве для термиче-
ской или горячей механической обработки — это весьма высокая и
легко регулируемая скорость нагрева, отсутствие окисления поверх-
ности, сохранение исходной шероховатости и точности обрабатываемых
деталей, применимость к любым токопроводящим материалам, неслож-
ность автоматизации и легкость обслуживания, улучшение условий
труда и качества обрабатываемой продукции. При светлом отжиге
проволок, тонких трубок, гибких валов, игл и т. п. — это повышение
качества продукции и упрощение операции. При спекании и горячем
прессовании деталей, изготовляемых методами порошковой металлур-
гии, — это сочетание процессов соединения отдельных зерен между
собой с прессованием в одной операции, упрощение технологии, повы-
шение качества изделий.
398
КОМБИНИРОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Основными условиями получения равномерного и экономичного
нагрева является создание на катоде необходимой плотности тока и под-
держание определенного соотношения площадей катода и анода.
Площадь анода должна превышать катодную площадь не менее
чем в 10 раз. Равномерность нагрева поверхности изделий сложной
формы достигается изменением расстояния между отдельными участками
анода и катода для создания по всей поверхности последнего примерно
одинаковой плотности тока. Скорость и температура нагрева непосред-
ственно зависят от величины и длительности прохождения тока, но
в каждом частном случае абсолютные значения этих показателей раз-
личны.
В зависимости от нагреваемых изделий и требований к характеру
процесса различают несколько конструктивных вариантов нагрева,
отличающихся расположением электродов и условиями распределения
тока по их поверхности (табл. 1, рис. 5). При поверхностном нагреве
задают определенную глубину распространения теплоты, а объемный
нагрев проводят с заданным возрастанием температуры во времени или
с выдержкой при определенной температуре. Поверхностный и объем-
ный нагревы без длительных выдержек достигаются регулированием
тока и напряжения.
Объемный нагрев с длительной выдержкой при установленной тем-
пературе проводят в две стадии: 1) кратковременной (секунды) подачей
повышенного напряжения для «зажигания»; 2) последующим снижением
напряжения до минимума, при котором еще существует газовая обо-
лочка и продолжается выделение теплоты. Такой способ носит назва-
ние двухступенчатого, он позволяет регулировать скорость нагрева
изменением напряжения и силы тока в широком диапазоне.
Концентрация, состав и условия циркуляции электролита, его
сменность и охлаждение оказывают существенное влияние на установ-
ление оптимальных режимов нагрева.
Электролитический нагрев проводят с большой скоростью. При
плотности тока 5 А/см2 скорость нагрева доходит до 200 °С/с. Следует
отметить, что чем выше средняя плотность тока, тем менее равномерен
нагрев изделия сложной формы.
Необходимость применения повышенных напряжений и специфика
подбора оптимальных режимов, требующая предварительной обработки
нескольких изделий, определили характер большинства установок для
нагрева в электролите. Это полуавтоматические или полностью автома-
тизированные устройства, исключающие необходимость и возможность
доступа к рабочей зоне во время протекания процесса, предназначен-
ные в основном для массового или крупносерийного производства.
Установки для нагрева в электролите, отличаясь между собой по
конструкции, мощности и производительности, одинаковы по принципу
действия и методам регулирования. Значительная часть их специали-
зирована на обработку определенных деталей.
Характеристики установок даны в табл. 2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анагорский Л. А. Сварка металлов с нагревом в электролите. —
В кн.: Новое в электрофизической и электрохимической обработке
материалов. Л.: Машиностроение, 1972, с. 119—121.
НАГРЕВ МЕТАЛЛОВ В ЭЛЕКТРОЛИТЕ 399
2. Анагорский Л. А. Нагрев металлов в электролите. — В кн.:
Новое в электрофизической и электрохимической обработке материа-
лов. Л.: Машиностроение, 1966, с. 124—142.
3. Попилов Л. Я. Нагрев в электролите. — В кн.: Справочник
по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов.
М.—Л.: Машиностроение, 1971, с. 175—193.
4. Прохоров В. В., Абиндер А. Л., Мартынов Г. А. Нагрев в элек-
тролите при резании металлов.—Машиностроитель, 1970, № 1,
с. 9—11.
5. Электролитический нагрев. — В кн.: Новое в электрофизической
и электрохимической обработке материалов. Л.: Машиностроение,
1972. с. 102—124.
6. Ясногородский И. 3. Нагрев металлов и сплавов в электролите.
М.: Машгиз, 1949, 125 с.
7. Ясногородский И. 3. Электролитный нагрев металлов. — В кн.:
Электрохимическая и электромеханическая обработка металлов. М.—
Л.: Машиностроение, 1971, вы. 3., G. 120—168 (Б-ка электротехно-
лога).
ИБ Хе 2748
| Лев Яковлевич Попилов|
ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Редактор 3. 3. Акчурина
Художественный редактор С. С. Водчиц
Технические редакторы Л. А. Макарова и Ф. П. Мельниченко
Корректоры В. А. Воробьева и А. А. Снастина
Сдано в набор 21.10.81. Подписано в печать 17.08.82. Т-16319*
Формат 84ХЮ81/зя- Бумага типографская №2
Гарнитура литературная. Печать высокая.
Усл. печ. л. 21,0. Уч.-изд. л. 26,01.
Тираж 25 000 экз. Заказ 732. Цена 1 р. 70 к. >’
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»,
107076, Москва, Стромынский пер., 4
Ленинградская типография № 6 ордена Трудового Красного Знамени
Ленинградского объединения «Техническая книга» им. Евгении Соколовой
Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли
193144, г. Ленинград, ул. Моисеенко, 10,