Прочитал про такой интересный метод обработки. Хочу реализовать на станке с ЧПУ:)
Из книжки "Справочник инженера-технолога в машиностроении" (Бабичев А.П.):
Электрохимическая размерная обработка основана на явлении анодного (электрохимического) растворения металла при прохождении тока через электролит, подаваемый под давлением в зазор между электродами без непосредственного контакта между инструментом и заготовкой. Поэтому другое название этого метода - анодно-химическая обработка.
Электрод-инструмент в процессе обработки является катодом, а обрабатываемая деталь - анодом. Электрод-инструмент поступательно перемещатся со скоростью Vн. Электролит подается в межэлектродный зазор. Интенсивное движение электролита обеспечивает стабильное и высокопроизводительное течение процесса анодного растворения, вынос продуктов растворения из рабочего зазора и отвод тепла, возникающего в процессе обработки. По мере снятия металла с заготовки-анода происходит подача инструмента-катода.
Скорость анодного растворения и точность обработки тем выше, чем меньше межэлектродный зазор. Однако с уменьшением зазора усложняется процесс его регулирования, возрастает сопротивление прокачке электролита, может произойти пробой вызывающий повреждение обрабатываемой поверхности. Из-за увеличения газонаполнения при малых зазорах снижается скорость анодного растворения. Следует выбирать
такой размер зазора, при котором достигаются оптимальные скорость съема металла и точность формообразования.
Для получения высоких технологических показателей ЭХО необходимо, чтобы электролиты соответстввали следующим требованиям: полное или частичное исключение побочных реакций, снижающих выход по току анодное растворение металла заготовки только в зоне обработки, исключая растворение необрабатываемых поверхностей, т.е. наличие высоких локализующих свойств, обеспечение протекания на всех участках обрабатываемой поверхности заготовки электрического тока расчетного значения.
Наиболее распрстраненными электролитами являются нейтральные растворы неорганических солей хлорида, нитраты и сульфаты натрия и калия. Эти соли дешевы и безвредны для обслуживающего персонала. Широкое применение получил водный раствор хлористого натрия (поваренной соли) NaCl из-за его малой стоимости и длительной работоспособности, что обеспечивается непрерывным восстановлением хлористого натрия в растворе.
Установки для ЭХО обязательно должны иметь фильтры для очистки электролита.
Радует сама собой достигнутая круглость отверстия. Но воронкообразность не радует.
Попробую теперь прокачивать электролит через медицинскую иглу.
Изменено 18 апреля 2008 пользователем destiК.: Тэхника, 1989. - 191 c.
ISBN 5-335-00257-3
Скачать
(прямая ссылка):
sputnik_galvanika.djvu Предыдущая 1 .. 8 > .. >> Следующая
При электрохимическом фрезеровании защитным может служить покрытие из любой кислотостойкой краски, наносимое по трафарету. Травильный раствор в этом случае состоит нз 150 г/л хлористого натрия и 150 г/л азотной кислоты. Травление происходит на аноде при плотности тока 100-150 А/дм2. В качестве катодл используются медные пластины. После прекращения процесса катоды извлекают из ванны.
Электрохимическое фрезерование отличается более высокой точностью по сравнению с химическим.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
Для обеспечения прочного сцепления электролитического покрытия с алюминием на поверхность последнего наносится промежуточный слой цинка, железа или никеля (табл. 21).
ХИМИЧЕСКОЕ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ПОЛИРОВАНИЕ
Гладкая поверхность металла может быть получена путем химического или электрохимического (анодного) полирования (табл. 22, 23). Применение этих процессов позволяет заменить механическое полирование.
При оксидировании алюминия для достижения блестящей поверхности недостаточно только механического полирования, после него необходимо химическое илн элек-
21. Растворы для предварительной обработки алюминия
Ортофосфорная ки Ледяная уксусная Ортофосфорная ки
280-290 15-30 1-6
Кислотный оранжев * Для получени:
краситель 2
пинировэнной поверхности
1й обработке с промежуточной промьге
рату-ра. С
4. ОрТОфОСфОр!
Триэтан! ламин
500-IfXX) 250-550 30-80
Триэтаноламин Каталин БПВ
850-900 100-150
Ортофс ф ртая кислот Хромовый тгидрнд
* Изделия пс горно обрабатываются беч промывки в таком же гока 6А/дм2
трохимическое полирование При полировании драгоценных металлов химическим или электрохимическим способом полностью ликвидируются их потери. Электрохимическое и химическое полирование может быть не только подготовительной операцией перед нанесением гальванопокрытий, но н заключительной стадией технологического процесса. Наиболее широко оно применяется для алюминия. Электрохимическое полирование более экономично, чем <ими-ческое.
Плотность тока и длительность процесса электрополирования выбираются в зависимости от формы, размеров и материала изделий.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЦЕССОВ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
ВЫБОР ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ
Качество металлического покрытия характеризуют структура осадка, его толщина и равномерность распределения на поверхности изделия. На структуру осадка оказывает влияние состав и рН раствора, водород, выделяющийся совместно с металлом, режим электролиза - тем-
ского полирования
M 41
с SS
Плотность
„|§..
Катоды
Из слали
Углеродистые
I-IL
15-18
1,63-1,72
12XI8H9T, свшщо
1-5
10-100
Из стали 12Х18Н97
H:ржавею1диь
Из стили 12Х18Н9Т Алюминий и 3-5 20-50 - (алюминиевые) нержавеющие
0,5-5,0 20-50 1,60-1,61 Из меди или евин- Медь н ее
пература, плотность гока, наличие качания, фильтрация и 1. д.
Для улучшения структуры осадка в электролиты вво дят различные органические добавки (клей, желатин, сахарин и др.), осаждают из растворов комплексные соли, повышают температуру, используют непрерывную филь трацию и т. д Выделяющийся водород может поглощаться осадком, способствуя увеличению хрупкости н пористости, и появлению точек так называемого питтннга. Для уменьшения влияния водорода на качество осадка детали встряхивают во время процесса, вводят окислители, повышают температуру и т. д. Пористость осадка уменьшается с увеличением его толщины.
Равномерное распределение осадка на поверхности и делия зависит от рассеивающей способности электроли та Наилучшей рассеивающей способностью обладают щелочные и цианистые электролиты, значительно меньшей - кислые, самой плохой - хромовые.
При выборе электролита необходимо учитывать конфигурацию изделий и те требования, которые к ннм предъявляются. Например, при покрытии изделий простой формы можно работать с простыми по составу электр >-
лнтамн, не требующими подогрева, вентиляции, фильтрации; при покрытии изделий сложной формы следует применять растворы комплексных солей металла; для покрытия внутренних и труднодоступных поверхностей - внутренние и дополнительные аноды, фильтрацию, перемешивание; для получения блестящего покрытия - электролиты со сложными блескообразующими и выравнивающими добавками и т. д.
ОБЩАЯ СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Процесс нанесения покрытий состоит из ряда последовательных операций- подготовительных, нанесения покрытий и окончательной обработки. К подготовительным операциям относятся механическая обработка [еталей, обезжиривание в органических растворителях, химическое или электрохимическое обезжиривание, травление и полирование. Окончательная обработка покрытий включает в себя обезводораживанне, осветление, пассивацию, пропитку, полирование, крацевание. После каждой опе-
Б. Рау
Процессы
электрохимической обработки металлов используются во всех отраслях промышленности. С их помощью можно выполнять такие операции, как сверление, точение, шлифование или полирование, фрезеровать детали сложнейших конфигураций и даже удалять заусеницы. При этом сущность процессов электрохимической размерной обработки состоит в анодном растворении металла в ходе электролиза при регулярном удалении образующихся отходов. А потому - и это самое ценное - для процессов электрохимического "резания" практически не существует труднообрабатываемых металлов.
Все
эти достоинства процессов электрохимической обработки могут быть с успехом использованы в домашних условиях для выполнения многих интересных и полезных работ. Например, с их помощью можно за 20-30 минут вырезать упругую пластину из лезвия бритвы, прорезать отверстие сложной формы в тонком листе металла, выточить спиралеобразную канавку на круглом стержне
. Для выполнения всех этих работ достаточно иметь выпрямитель переменного тока, дающий на выходе напряжение 6-10 вольт, или выпрямитель для микродвигателей на 6 вольт, или, наконец, комплект из 2-3 батареек для карманного фонаря. Куски же провода, металла, клей и другие подсобные материалы найдутся в любой домашней мастерской.
Фрезерование.
Если
в какой-нибудь заготовке нужно сделать углубление сложной конфигурации - например, вырезать номер квартиры
, - то для этого нужно взять лист ватмана и на нем начертить в натуральную величину контур углубления, которое вы хотите получить. Затем лезвием бритвы или ножницами вырежьте и удалите нарисованный контур, а лист обрежьте в соответствии с формой и размерами заготовки. Полученный таким образом шаблон-маску (1) наклейте с помощью резинового клея или клея БФ-88 на поверхность заготовки (2), присоедините к заготовке провод от положительного полюса выпрямителя или комплекта батареек и на все ее оставшиеся без изоляции поверхности нанесите 1-2 слоя любого лака или нитрокраски. Неплохо покрыть лаком или краской сам шаблон-маску. Дав покрытию подсохнуть, опустите заготовку в стакан с концентрированным раствором поваренной соли, напротив шаблона-маски установите пластинку-катод (3) из любого металла и подключите ее к отрицательному полюсу выпрямителя или источника тока.
Как
только ток будет включен, начнется процесс электрохимического растворения металла внутри контура шаблона-маски. Но уже через некоторое время интенсивность процесса снизится, что можно заметить по уменьшению количества выделяющихся на катоде (3) пузырьков. Это означает, что на обрабатываемой поверхности образовался изолирующий слой из отходов процесса. Чтобы удалить их и одновременно замерить глубину выемки, деталь надо вынуть из стакана и, стараясь не повредить шаблон-маску, небольшой жесткой кисточкой счистить рыхлый слой отходов с обрабатываемой поверхности. После этого, периодически вынимая деталь для контроля размеров и удаления отходов, процесс можно продолжить до тех пор, пока глубина выемки не достигнет требуемой величины. А когда обработка будет закончена, удалив изоляцию и шаблон-маску, деталь необходимо промыть водой и смазать маслом во избежание коррозии.
Штамповка и гравирование.
Когда
в тонком листе металла нужно сделать отверстие сложной конфигурации, принципы электрохимической обработки остаются теми же, что и при фрезеровании. Тонкость состоит лишь в том, что для того, чтобы кромки отверстия получились ровными, шаблон-маску (1) необходимо наклеить на заготовку с двух сторон. Для этого контуры шаблона-маски (1) следует вырезать в сложенном вдвое листе бумаги и, наклеивая шаблон на заготовку (2), ориентировать его по одной из ее сторон
. А кроме того, чтобы ускорить обработку и обеспечить равномерный съем металла с обеих сторон, пластину катода (3) целесообразно согнуть в виде буквы "U" и уже в нее поместить обрабатываемую заготовку.
Для
изготовления же из листовой стали - например, из полотна лезвия бритвы - деталей любого профиля поступают несколько иначе. Из бумаги вырезают профиль самой детали (1) и наклеивают его на заготовку (2)
. Затем лаком покрывают всю противоположную сторону стального полотна, а со стороны шаблона изоляцию из лака наносят так, чтобы она не примыкала к шаблону. И лишь в одном месте наносимую изоляцию нужно узкой перемычкой (3) довести до шаблона - в противном случае растворение неизолированных поверхностей вокруг шаблона может закончиться раньше, чем оформится контур детали. Для получения же более точных деталей можно вырезать два шаблона, наклеить их на заготовку с обеих сторон и провести обработку в U-образном катоде. Аналогичными способами можно делать на металле и различные надписи, как выпуклые, так и "вдавленные".
Нарезание резьбы и спиральных канавок.
Одной
из разновидностей процесса фрезерования является электрохимическое нарезание спиральных канавок и резьбы. Этот способ может пригодиться для изготовления в домашних условиях, например, шурупов по дереву или спиральных сверл. При нарезании резьбы на шурупе
в качестве шаблона-маски (1) нужно взять тонкий резиновый шнур квадратного сечения 1х1 миллиметр, с натяжением намотать по спирали на цилиндрическую заготовку (2) и закрепить его концы нитками (3). А затем те поверхности заготовки, которые не подлежат травлению, изолировать лаком. В результате электрохимической обработки между витками резины на заготовке образуется спиральная впадина резьбы. Теперь нужно заострить или, точнее, сделать коническим тот конец заготовки, который будет служить входящим в дерево жалом шурупа. Для этого заготовку нужно вынуть из ванны, снять с нее резину и подсушить. А затем, покрыв лаком ее поверхность таким образом, чтобы открытыми остались только первые 2-3 нитки резьбы, заготовку возвращают в ванну и продолжают электрохимическую обработку еще некоторое время.
Для
изготовления же в домашних условиях спирального сверла в качестве шаблона-маски (1) надо взять три шнура резины того же сечения и навить их на термообработанную цилиндрическую заготовку (2), но уже в два захода
. Затем не подлежащие обработке поверхности заготовки, а для надежности и резиновые шнуры нужно покрыть лаком и, опустив деталь в стакан-ванну, произвести электрохимическое фрезерование канавок сверла до нужной глубины. Теперь эти канавки требуется расширить для образования так называемой "спинки" сверла (3). Для этого из каждой полосы резиновой изоляции удаляются два шнура из трех, и электрохимическое фрезерование продолжается еще некоторое время. После этого, удалив остатки изоляции и заточив заходную часть, вы получите отличное спиральное сверло.
Шлифование.
Чтобы отшлифовать поверхность цилиндрических деталей методом электрохимии, помимо традиционного оснащения, необходимо иметь небольшой электромоторчик или дрель. Предварительно изолировав лаком не подлежащие обработке поверхности детали, укрепите ее на валу электродвигателя (1), установите двигатель вертикально на каком-либо кронштейне и опустите обрабатываемый конец детали (2) в ванну с электролитом . Питание детали-анода (2) током в этом случае лучше всего организовать скользящим контактом, идущим к валу двигателя, а катод (3) сделать плоским, равным по длине обрабатываемой поверхности. Теперь остается включить электродвигатель и питание ванны. С началом процесса начнется потемнение поверхности - образование отходов. Для получения правильной цилиндрической формы обрабатываемой поверхности эти отходы необходимо непрерывно удалять. Это удобно делать с помощью зубной щетки с укороченным для жесткости ворсом, которую, прижав к детали, следует размеренно двигать вниз-вверх. Периодически вынимая деталь для замеров диаметра, таким образом можно получить поверхность с точностью размеров по второму классу.
Полирование.
Для того, чтобы отполировать какую-либо стальную поверхность, заготовьте две деревянные "колобашки" (1) размером 40х40 миллиметров : одну для чернового и вторую для чистового полирования. Закрепите на них играющие роль катода согнутые углом пластинки из жести (2) таким образом, чтобы их положение можно было регулировать по высоте. Для отладки процесса полирования нужно взять заготовку (3), подключить ее к положительному полюсу источника тока и поместить в ванну с электролитом с таким расчетом, чтобы уровень раствора лежал немногим выше горизонтальной части катода (2). Затем черновую "колобашку" следует окунуть одним из торцов в находящийся в ванне раствор поваренной соли, вынуть и насыпать на него щепотку тонкого абразивного порошка. Теперь, включив ток, начните кругообразными движениями полировать деталь. При этом может случиться так, что электрохимическое растворение будет идти быстрее, чем процесс удаления отходов абразивом. Чтобы устранить это несоответствие, поднимите выше пластину катода, и скорость растворения уменьшится. Отполировав всю поверхность первой "колобашкой", смените раствор электролита на чистый, отмойте деталь от абразива и с помощью второй "колобашки" приступайте к чистовому полированию, которое следует вести либо совсем без абразива, либо используя вместо него зубной порошок. При некоторой тренировке таким способом можно получить на деталях зеркальную поверхность в два-три раза быстрее, чем механическим полированием.
"Мороз" на белой жести.
Возьмите
пустую консервную банку из-под консервов или просто кусок белой жести и подсоедините к проводу от положительного полюса выпрямителя. А к другому полюсу подключите любой металлический стержень, предварительно сделав на его нижнем конце тампон из ваты. Если теперь этот своеобразный "помазок" окунуть в раствор поваренной соли и затем начать им не спеша водить по поверхности жестянки, то с ней будут происходить удивительные вещи. В тех местах, где вы 2-3 раза провели "помазком", появляются сверкающие кристаллы "мороза" - выявится кристаллическая структура оловянного покрытия. Если продолжать процесс, то на металле вскоре появятся серые островки отходов, прочно связанные с металлом. А в дальнейшем вся поверхность жести сделается пятнисто-серой, с характерным причудливым рисунком.
Для
получения на металле различных декоративных узоров можно попробовать применить растворы разных солей или кислот. Так, например, если вместо раствора поваренной соли взять однопроцентный раствор серной кислоты, то "проявляющиеся" кристаллы приобретут коричневый оттенок. Если жестяную пластинку посыпать зубным порошком, то рисунок "мороза" станет более контрастным, с молочно-серым оттенком. Предварительно нагревая отдельные части жестяной детали до местного оплавления олова и быстро охлаждая их в воде, можно получать самые замысловатые орнаменты на металле. Особенно хорошо выглядят такие орнаменты, если их сверху покрыть цветным лаком. Попробуйте, и вы убедитесь, что из простой консервной банки можно сделать немало красивых вещей.
Электрохимическая размерная обработка основана на локальном анодном растворении материала заготовки в растворе электролитов при интенсивном движении электролита между электродами.
Обрабатываемость металлов и сплавов электрохимическим методом зависит от их химического состава и не зависит от их механических свойств и структурного состояния. К преимуществам метода относятся высокое качество поверхности при увеличении производительности обработки, отсутствие теплового воздействия на деталь, а также отсутствие износа электрода-инструмента. Благодаря этому при электрохимической обработке не образуется слоя измененной структуры и исключается образование на поверхности прижогов, трещин, остаточных напряжений и т. д.
Целесообразность применения
Применение электрохимической обработки оказывается высокоэффективным и экономически целесообразным в следующих основных случаях:
- для обработки деталей из особо твердых, хрупких или вязких материалов (жаропрочные, твердые и титановые сплавы, нержавеющие и закаленные стали);
- для обработки конструктивно сложных узлов и деталей (лопатки газовых турбин, штампы, прессформы, литформы, внутренние каналы и полости и т. п.) даже из материалов, поддающихся резанию;
- для замены особо трудоемких (в том числе ручных) операций (удаление заусенцев, скругление кромок и т. п.);
- для получения высококачественной, в том числе полированной поверхности без дефектов в поверхностном слое.
Известные разновидности электрохимической обработки целесообразно классифицировать по двум определяющим признакам - механизму самого процесса разрушения металла и способу удаления из рабочей зоны продуктов реакции. Исходя из этого можно назвать три основных направления, по которым идет развитие и внедрение электрохимических методов обработки: электрохимикогидравлическая (анодно-гидравлическая) обработка, электрохимикомеханическая обработка и комбинированные методы обработки.
Электрохимикогидравлическая обработка
Электрохимикогидравлическая обработка (называемая также электрохимической обработкой в проточном электролите) основана на анодном растворении металла и удалении продуктов реакции из рабочей зоны потоком электролита. При этом скорость движения потока электролита в межэлектродном зазоре поддерживается в пределах 5-50 м/сек (при помощи насоса, обеспечивающего давление 5-20 кгс/см2, или благодаря вращению катода-инструмента, непрерывно смачиваемого электролитом). Рабочее напряжение поддерживается в пределах 5-24 в (в зависимости от материала и технологической операции), зазор между электродами от 0,01 до 0,5мм; величина зазора регулируется автоматическими следящими системами. В качестве материала для изготовления электрода-инструмента используют нержавеющую сталь, латунь, графит (последний при обработке на переменном или импульсном напряжении).
Энергоемкость этой группы процессов зависит от химического состава обрабатываемого материала и выхода по току. Для большинства технологических операций она составляет 10-15 квт-час/кг. Наиболее распространенными в настоящее время являются следующие виды электрохимикогидравлической обработки.
Копировально-прошивочные операции, осуществляемые при поступательном движении катода-инструмента, форма которого копируется на изделии одновременно по всей поверхности (рис. 5).
Эти операции применяются при изготовлении лопаток турбин, ковочных штампов и т. д. При скорости удаления металла 0,1-0,5 мм/мин достигается чистота поверхности 6-7; с ростом скорости обработки до 1-2 мм/мин чистота поверхности повышается до 8-9. Наибольшая производительность, получаемая при обработке полостей на станке модели МА-4423, составляет 15000 мм3/мин при токе 5000 а. Скорость подачи инструмента в направлении съема металла составляет 0,3-1,5 мм/мин при обработке штампов, прессформ и лопаток и 5-6 мм/мин при прошивании отверстий. Чистота поверхности 6-9; точность обработки 0,1-0,3 мм. Обработка ведется при минимальных зазорах (0,1-0,15 мм); наибольшие зазоры (5-6 мм) - при одновременной обработке больших поверхностей.
Рис. 5. Схема прошивания отверстия электрохимическим методом
Рис. 6. Обработка вращающимся дисковым инструментом
Обработка вращающимся дисковым инструментом (рис. 6), которая позволяет осуществлять профильное, плоское и круглое наружное шлифование безабразивным инструментом с получением чистоты поверхности 7-9 при производительности по нержавеющим сталям до 150-200 мм3/мин с рабочей площади 1 см2 и 60-80 мм3/мин по твердым сплавам, применяется для получения профиля твердосплавных резьбовых плашек , фасонных резцов , накатных роликов, изготовления наружных шлицевых пазов, прорезания узких щелей, разрезания заготовок (ширина реза 1,5-2,5 мм; чистота поверхности 6-7), а также для обработки постоянных магнитов. Обработка ведется при зазорах в 0,01-0,1 мм; точность обработки 0,01-0,05 мм, чистота поверхности 6-9. Скорость подачи в зависимости от глубины обработки колеблется от 1 до 40 мм/мин, напряжение 6-10 в. При обработке твердого сплава применяется переменный или импульсный ток.
Рис. 7. Схема электрохимического удаления заусенцев: 1 - инструмент; 2 - изолирующая втулка; 3-заготовка (анод); 4 - удаляемый заусенец
Проволочное сложноконтурное вырезание по копиру изделий из закаленных, нержавеющих сталей и других труднообрабатываемых материалов позволяет изготовлять матрицы штампа, шаблоны, сквозные и глухие пазы. Производительность обработки до 40 мм2/мин при чистоте поверхности 8 - 9. Точность обработки при прямолинейном резании 0,02 мм, при резании по контуру 0,06 мм. Максимальная толщина разрезаемой заготовки 20 мм (приведенные данные получены на станке МА-4429).
Удаление заусенцев с шестерен (рис. 7), деталей гидроаппаратуры , мелких радиотехнических изделий и т. п.
Изготовление канавок в специзделиях.
Фигурная обработка тел вращения как по торцу изделия, так и снаружи и внутри. Точность обработки при применении фасонного катода 0,05-0,1 мм.
Электрохимикомеханическая обработка
Электрохимикомеханическая обработка основана на анодном растворении металла и удалении продуктов реакции с обрабатываемой поверхности и из рабочей зоны при помощи абразива и потока электролита. К этому виду обработки относятся электрохимическое шлифование (электроабразивная или электроалмазная обработка), электрохимическая обработка с нейтральным абразивом (шлифование, хонингование и полирование) и анодно-абразивная обработка . При электроабразивной и электроалмазной обработке съем металла осуществляется не только за счет реакции анодного растворения, но также и зернами абразива или алмаза.
Производительность при электроалмазном шлифовании твердых сплавов в 1,5-2 раза выше, чем при алмазном шлифовании, а износ алмазного круга меньше в 1,5-2 раза (при работе кругами на бронзовой связке Ml, на связках М5, МВ1 и МО13Э износ круга приблизительно такой же, как при алмазном шлифовании); чистота поверхности такая же, как при алмазном шлифовании. При электрохимическом шлифовании мощность, расходуемая на привод шлифовального круга , уменьшается в несколько раз. При этом резко понижается температура поверхностного слоя, благодаря чему полностью исключается появление трещин и прижогов. Этот метод широко применяется для затачивания твердосплавного инструмента.
Электрохимическая обработка с нейтральным абразивом находит применение для плоского, круглого и профильного шлифования , хонингования внутренних цилиндрических поверхностей, супер- финишной обработки. Во всех случаях производительность этих операций в четыре - восемь раз больше, чем при механической обработке .
Комбинированные методы обработки
К комбинированным методам обработки относятся электроэрозионнохимический и электрохимический - ультразвуковой.
Электроэрозионнохимический метод обработки основан на одновременном протекании процессов анодного растворения и эрозионного разрушения металла и удалении продуктов реакции из рабочей зоны потоком электролита. При прошивочных операциях скорость подачи катода достигает 50-60 мм/мин для стали, 20- 30 мм/мин для жаропрочных сплавов и 10 мм/мин для твердых сплавов . При этом износ катода-инструмента не превышает 2,5%; точность обработки 0,1-0,4 мм (по экспериментальным данным).
Этот метод может быть использован также для круглого, плоского и профильного шлифования , разрезания заготовок из труднообрабатываемых материалов. При разрезании заготовок из нержавеющей стали производительность составляет 550-800 мм2/мин; износ инструмента при этом достигает 4-5%; точность обработки 0,1-0,3 мм. Станки для этого метода обработки в настоящее время не выпускаются.
Электрохимический способ обработки основан на разрушении металла путем одновременного анодного растворения его и воздействия ультразвуковых колебаний. Этот способ применяется для обработки твердосплавных вытяжных штампов.
Химическими называются методы обработки материалов, в которых снятие слоя материала происходит за счет химических реакций в зоне обработки. Достоинства химических методов обработки: а) высокая производительность, обеспечиваемая относительно высокими скоростями протекания реакций, прежде всего отсутствием зависимости производительности от величины площади обрабатываемой поверхности и ее формы; б) возможность обработки особо твердых или вязких материалов; в) крайне малое механическое и тепловое воздействие в процессе обработки, что делает возможным обработку деталей малой жесткости с достаточно высокой точностью и качеством поверхности.
Размерное глубокое травление (химическое фрезерование) является наиболее распространенным методом химической обработки. Этим методом целесообразно пользоваться для обработки поверхностей сложных в плане форм на тонкостенных деталях, получения трубчатых деталей или листов с плавным изменением толщины по длине, а также при обработке значительного числа мелких деталей или круглых заготовок с большим; количеством обрабатываемых мест (перфорация цилиндрических поверхностей труб). Путем местного удаления этим методом из лишнего материала в ненагруженных или малонагруженных можно снизить общий вес самолетов и ракет, не снижая их прочности и жесткости. В США использование химического фрезерования позволило снизить вес крыла сверхзвукового бомбардировщика на 270 кг. Этот метод позволяет создавать новые элементы конструкций, например листы 1 переменной толщины. Химическое фрезерование находит применение также при изготовлении печатных схем радиоэлектронной аппаратуры. В этом случае у панели из изоляционного материала, покрытой с одной или двух сторон медной фольгой, травлением удаляют заданные схемой участки.
Технологический процесс химического фрезерования складывается из следующих операций.
1. Подготовка деталей к химическому фрезерованию для обеспечения последующего плотного и надежного сцепления защитного покрытия с, поверхностью детали. Для алюминиевых сплавов эту подготовку осуществляют: обезжириванием в бензине Б70; легким травлением в ванне с едким натром 45-55 г/л и фтористым натром 45-55 г/л при температуре 60-70° С в течение 10-15 мин для снятия плакированного слоя; промывкой в теплой и холодной водах и осветлением в азотной кислоте с последующей промывкой и сушкой. Для нержавеющих и титановых сплавов подготовку деталей производят путем протравливания для снятия окалины в ванне с плавиковой (50-60 г/л) и азотной (150-160 г/л) кислотами или в ванне с электроподогревом до 450-460° С в едком натре и азотнокислом натрии (20%) с последующей промывкой и сущкой, обезжириванием и легким травлением с повторной промывкой и сушкой.
2. Нанесение защитных покрытий на места обрабатываемой детали, не подлежащие травлению. Его производят путем установки специальных накладок, химически стойких шаблонов прилипающего типа или, наиболее часто, нанесением лакокрасочных покрытий, в качестве которых обычно используют перхлорвиниловые лаки и эмали, полиамидные лаки и материалы на основе не опреновых каучуков. Так, для алюминиевых сплавов рекомендуется эмаль ПХВ510В, растворитель РС1 ТУ МХП184852 и эмаль ХВ16 ТУ МХПК-51257, растворитель Р5 ТУ МХП219150, для титановых сплавов - клей АК20, разбавитель РВД. Для лучшего сцепления этих покрытий с металлом иногда предварительно производят анодирование поверхности. Нанесение лакокрасочных покрытий осуществляют кистями или пульверизаторами с предварительной защитой мест травления шаблонами или путем погружения в ванну; в последнем случае на высушенной защитной пленке производят разметку контура, затем его прорезку и удаление.
3. Химическое растворение производят в ваннах с соблюдением температурного режима. Химическое фрезерование алюминиевых и магниевых сплавов производят в растворах едких щелочей; сталей, титана, специальных жаропрочных и нержавеющих сплавов - в растворах сильных минеральных кислот.
4. Очистка после травления деталей из алюминиевых сплавов с эмалевым защитным покрытием производится промывкой в проточной воде при температуре 50+70° С, отмачиванием защитного покрытия в более горячей проточной воде при температуре
70-90° С и последующим снятием защитного покрытия ножами вручную или мягкими щетками в.растворе этилацетата с бензином (2:1). Затем производят осветление или легкое травление и сушку.
Качество поверхности после химического фрезерования определяется исходной шероховатостью поверхности заготовки и режимами травления; обычно она на 1-2 класса ниже чистоты исходной поверхности. После травления все имевшиеся ранее на заготовке дефекты. (риски, царапины, неровности) сохраняют свою глубину, но уширяются, приобретая большую плавность; чем больше глубина травления, тем сильнее проявляются эти изменения. На качество поверхности влияют также способ получения заготовок и их термообработка; прокатанный материал дает лучшую поверхность по сравнению со штампованным или прессованным. Большая шероховатость поверхности с резко выраженными неровностями получается на литых заготовках.
На шероховатость поверхности оказывают влияние структура материала, размер зерен и их ориентация. Закаленные алюминиевые листы, подвергнутые старению, имеют более высокий класс чистоты поверхности. Если структура крупнозернистая (например, металл отожжен), то окончательно обработанная поверхность будет с большими шероховатостями, неровной, бугристой. Наиболее пригодной для химической обработки следует считать мелкозернистую структуру. Заготовки из углеродистой стали лучше обрабатывать химическим фрезерованием перед закалкой, так как в случае наводороживания при травлении последующий нагрев способствует удалению водорода. Однако тонкостенные стальные детали желательно закаливать перед химической обработкой, так как последующая термическая обработка может вызвать их деформацию. Обработанная химическим фрезерованием поверхность всегда несколько разрыхлена вследствие растравливания, и поэтому этот метод Значительно снижает усталостные характеристики детали. Учитывая это, для деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, необходимо после химического фрезерования проводить полирование.
Точность химического фрезерования ±0,05 мм по. глубине и не менее +0,08 мм по контуру; радиус закругления стенки выреза получается равным глубине. Химическое фрезерование обычно производят на глубину 4-6 мм и реже до 12 мм; при большей глубине фрезерования резко ухудшается качество поверхности и точность обработки. Минимальная окончательная толщина листа после травления может составлять 0,05 мм, поэтому химическим фрезерованием можно обрабатывать детали с очень тонкими перемычками без коробления, проводить обработку- на конус путем постепенного погружения детали в раствор. При необходимости травления с двух сторон нужно либо располагать заготовку вертикально так, чтобы дать возможность выделяющемуся газу свободно подниматься с поверхности, либо травить в два приема - 1 сначала с одной стороны, а потом с другой. Второй способ предпочтительнее, так как при вертикальном расположении заготовки верхние кромки вырезов обрабатываются хуже из-за попадающих туда пузырьков газа. При изготовлении глубоких вырезов следует применять специальные меры (например, вибрации) по удалению с обрабатываемой поверхности газа, который препятствует осуществлению нормального процесса. Контроль глубины, травления в процессе обработки осуществляют погружением Одновременно с заготовкой контрольных образцов, непосредственным контролем размеров толщиномерами типа индикаторной скобы или электронными, а также посредством автоматического весового контроля.
Производительность химического фрезерования определяется скоростью удаления материала по глубине. Скорость травления возрастает с повышением температуры раствора примерно на 50-60% на каждые 10° С, а также зависит от вида раствора, его концентрации и чистоты. Перемешивание раствора в процессе травления можно производить сжатым воздухом. Процесс травления определяется экзотермической реакцией, поэтому подача сжатого воздуха несколько его охлаждает, однако в основном постоянство температуры обеспечивается помещением в ванну водяных змеевиков.
Травление методом погружения имеет ряд недостатков - использование ручного труда, частичный пробой защитных пленок на необрабатываемых поверхностях. При обработке ряда деталей более перспективен струйный метод травления, при котором подача щелочи осуществляется форсунками.
Средством повышения производительности химического фрезерования является использование ультразвуковых колебаний с частотой 15-40 кгц; в этом случае производительность обработки увеличивается в 1,52,5 раза - до 10 мм/ч. Процесс химической обработки также значительно ускоряется под воздействием инфракрасного излучения направленного действия. В этих условиях отпадает необходимость в нанесении защитных покрытий, так как сильному нагреву подвергается металл по заданному контуру нагрева, остальные участки, будучи холодными, практически не растворяются.
Время травления устанавливают опытным путем на контрольных образцах. Протравленные заготовки вынимают из травильной машины, промывают в холодной воде и для удаления эмульсии, краски и клея БФ4 обрабатывают при температуре 60-80° С в растворе, содержащем 200 г/л каустической соды. Готовые детали тщательно промывают и сушат в потоке воздуха.
Улучшение условий черновой обработки заготовок резанием путем предварительного удаления корки травлением является другим примером растворяющего действия реактива. Перед травлением заготовки с целью удаления окалины подвергают обдувке песком. Травление титановых сплавов производят в реактиве, состоящем из 16% азотной и 5% фтористоводородной кислот и 79% воды. По данным зарубежной литературы, для этой цели применяют травление в соляных ваннах с последующей промывкой в воде и затем повторным травлением в кислотных травителях для окончательной очистки поверхности.
Химическое воздействие технологической среды находит применение и для улучшения процессов обычного резания; все более широкое применение находят методы обработки материалов, основанные на сочетании химического и механического воздействий. Примерами уже освоенных методов является химико-механический способ шлифования твердых сплавов, химическое полирование и др.