Файл: Сагарда А.А. Алмазно-абразивная обработка деталей машин.pdf

АЛМ АЗНОЕ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ШЛИФОВАНИЕ

Эффективность алмазного шлифования деталей машин s некоторых случаях может быть повышена путем наложе­ ния электрического тока. В зависимости от того, какой по­ люс источника постоянного тока подключается к детали (круги и обрабатываемая деталь изолируются от станка) при наложении электрического тока можно получить два качественно различных технологических процесса: алмаз­ но-электрохимическое шлифование (АЭХШ) или алмазно­ катодное шлифование.

АЭХШ представляет собой комбинированный процесс, при котором съем металла осуществляется в результате анодного растворения, механического резания алмазными зернами и электроэрозии.

При АЭХШ деталь является анодом, а алмазные зерна круга выполняют роль износостойких изоляционных прокла­ док между токопроводящей связкой и обрабатываемой по­ верхностью, обеспечивая получение необходимого зазора для прохождения электролита. Благодаря наличию зазора меж­ ду связкой круга и обрабатываемой поверхностью при вра­ щении круга электролит проникает в зону обработки и происходит электрохимический процесс анодного раство­ рения обрабатываемой поверхности.

Образующаяся на поверхности детали анодная пленка имеет меньшую твердость, чем обрабатываемый металл. Поэтому при сочетании электрохимического растворения с процессом резания обеспечивается повышение съема метал­ ла в единицу времени (при равной мощности привода шпинделя) или снижение мощности привода шпинделя и •сил резания (при равной производительности), а также уменьшение температуры в зоне обработки, снижение удельного износа алмазов, устранение дефектов повер­ хностного слоя и увеличение допустимой площади шлифо­ вания (контакта) без ухудшения основных показателей про­ цесса.

Процесс АЭХШ ведется при напряжении источника то­ ка 4—8 в. При таком напряжении практически исключает­ ся эрозионное воздействие тока на связку круга и деталь. Плотность тока 60—100 а/см2. В качестве электролитов при­ меняют водные растворы нитрита и нитрата натрия, нитри­ та калия и др.

5 8

где с — электрохимический эквивалент данного вещества; и — напряжение тока; 5 — площадь контакта круга с де­ талью; р — удельное сопротивление электролита; б — за­ зор между связкой и обрабатываемой поверхностью.

Из выражения (22) следует, что производительность процесса возрастает при увеличении электрохимического эквивалента обрабатываемого металла, напряжения, пло­ щади контакта круга с деталью и снижении удельного со­ противления электролита и величины зазора б. По данным Э. Я. Гродзинского [12] при использовании АЭХШ про­ изводительность обработки можно повысить от 2 до 50 раз.

Процесс анодного электрохимического растворения в со­ четании с резанием алмазными зернами протекает не как простое суммирование их, а является качественно новым процессом съема металла. Об этом свидетельствует, в част­ ности, большая величина достигнутого при АЭХШ съема по сравнению с суммой теоретически возможных съемов от слагающих его процессов.

При АЭХШ важную роль играет величина межэлектрод- -ного зазора, которая зависит от соотношения скорости электрохимического растворения обрабатываемого материа­ ла и скорости поперечного перемещения алмазного круга, а также от неровностей рабочей поверхности круга и обра­ батываемой поверхности, зернистости алмазных зерен и их ■концентрации.

Если скорость электрохимического растворения больше или равна скорости поперечного перемещения круга, то контакт последнего с деталью происходит по вершинам вы­ ступающих зерен. Припуск удаляется в основном за счет электрохимического растворения, а алмазные зерна служат •для удаления продуктов электролиза и поддержания вели­ чины зазора. С повышением скорости поперечного перемеще­ ния величина межэлектродного зазора значительно умень­ шается, алмазные зерна не только удаляют продукты рас- 1творения, но и участвуют в резании обрабатываемого ма­ териала. Из-за наличия неровностей на электродах (деталь, друг) и срезанной стружки межэлектродный зазор резко уменьшается. В отдельных точках он может быть настолько

59

мал, что при рабочих значениях напряжения тока может происходить пробой, а, следовательно, и электроэрозия. При электроэрозии металлическая связка, более легкоплав­ кая по сравнению с обрабатываемыми сталями, удаляется более интенсивно. Это приводит к ослаблению удержания алмазных зерен в связке, и они выпадают из нее.

К недостаткам АЭХШ следует отнести вредное влияние электролита на обслуживающий персонал, а также возмож­ ность коррозии оборудования.

В настоящее время алмазно-химическое шлифование ис­ пользуется главным образом при обработке труднообраба­ тываемых сталей и сплавов, например, при шлифовании лопаток турбин.

При алмазно-катодном шлифовании применяется ток обратной полярности (круг — анод, деталь — катод). При алмазном шлифовании поддерживается определенная высо­ та выступания алмазных зерен над связкой, исключается налипание обрабатываемого металла на алмазные зерна. В процессе шлифования происходит анодное растворение поверхности токопроводящей металлической связки, в ре­ зультате чего достигается необходимое выступание зерен. По мере износа зерен происходит постепенное растворение связки, что автоматически поддерживает заданный зазор между связкой и обрабатываемой поверхностью. При ал­ мазно-катодном шлифовании снятие обрабатываемого ме­ талла производится только путем резания алмазными зер­ нами (шлифования).

Алмазно-катодное шлифование может осуществляться как при подключении отрицательного полюса непосредст­ венно к детали, так и при использовании автономного като­ да. В этом случае деталь и станок не подключаются непо­ средственно к источнику тока. В результате прохождения тока через электролит между поверхностью круга и ка­ тодом происходит электрохимическое растворение связки круга.

В процессе испытания различных конструкций катодов (трубок, колодок и стержней) при шлифовании периферией круга АПП 200 X 10 установлено [18], что целесообраз­ нее в качестве катода использовать медную или латунную трубку диаметром 12 мм с толщиной стенок 1,5 мм. В этом случае электролит подается через отверстие трубки. Обыч­ но в качестве электролита используют водные растворы кальцинированной соды (2—4%) и нитрита натрия (2—5%).

60

Интенсивность растворения связки зависит от плотнос­ ти тока, которая в свою очередь зависит от величины меж­ электродного расстояния. С повышением режимов шлифова­ ния напряжение должно увеличиваться от 3 до 8 в.

При алмазно-катодном шлифовании можно использо­ вать практически любые токопроводящие связки, при ко­ торых обеспечивается высокое удержание алмазных зерен. Например, для обработки стальных и чугунных деталей алмазно-катодным шлифованием можно применять круги на металлической связке Ml. При использовании связок, обеспечивающих как хорошее удержание алмазных зерен, так и самозатачивание рабочей поверхности, применять алмазно-катодное шлифование нецелесообразно.

Алмазно-катодное шлифование можно использовать для наиболее труднообрабатываемых материалов, в том числе и материалов, в состав которых входит алмаз.

с м а з ы в а ю щ ё -о х ЛЛж Д А ю щ и ё

ж и д к о с т и

ПРИ А ЛМ АЗН О М ШЛИФОВАНИИ

При использовании смазывающе-охлаждающих жидкос­ тей (СОЖ) должно обеспечиваться снижение теплообразо­ вания в зоне резания; удаление из зоны резания отходов шли­ фования; снижение трения и интенсивности протекания диффузионных и адгезионных процессов путем образования на контактирующих поверхностях защитных пленок.

Наибольшей охлаждающей способностью обладают жидкости, имеющие высокие теплопроводность, теплоем­ кость, скрытую теплоту парообразования и меньшую вяз­ кость. Этим требованиям в наибольшей степени отвечает вода (охлаждающая способность воды в четыре раза больше, чем масла). Для улучшения моющего действия жидкостей на водной основе применяют добавки различных моющих средств (ОП7, ОШО и др.). В СОЖ добавляют поверхностно­ активные вещества. При этом уменьшается ее поверхност­ ное натяжение и, следовательно, повышается адсорбцион­ ная связь СОЖ с металлами. При использовании СОЖ на контактных поверхностях могут образовываться химические соединения, обладающие пониженной прочностью или лег­ коплавкостью, что способствует предохранению металла от непосредственного контакта с абразивом.

61

Для снижения коэффициента трения СОЖ должны иметь высокие смазывающие свойства. Наиболее высокие смазы­ вающие свойства имеют масла.

В последнее время все шире применяют твердые смазки. Твердые смазки могут работать при широком диапазоне температур, могут быть использованы в вакууме. Однако твердые смазки плохо отводят тепло.

Институтом сверхтвердых материалов совместно с Горь­ ковским политехническим институтом под руководством М. И. Клушина проведены исследования по выбору СОЖ для шлифования кругами из синтетических алмазов и кубонита [12]. В процессе исследований испытывали СОЖ трех групп: водные растворы электролитов и поверхностно-ак­ тивных веществ; эмульсии; масла. На основании результа­ тов исследований были выбраны оптимальные составы СОЖ для обработки инструментов из быстрорежущих сталей. Наилучшие результаты обработки были получены при ис­ пользовании 0,3—0,5%-го водного раствора азотистокис­ лого натрия и эмульсии следующего состава: ализаритовое масло 0,5%, азотистокислый натрий — 0,25%, бура — 0,25%, триэтаноламин или тринатрий фосфата — 0,6%, остальное — вода. Для резьбошлифования кругами на ме­ таллической связке рекомендуется применять осерненное масло «Индустриальное» (на 10 л масла — 80 а серы). Ана­ логичные результаты получены и при шлифовании кон­ струкционных сталей. Применение раствора кальциниро­ ванной соды в качестве СОЖ нецелесообразно, так как из-за повышенной щелочности раствора увеличивается износ кру­ гов на органической связке. За рубежом для шлифования стали и чугуна рекомендуют применять водорастворимые масла.

В последнее время в промышленности все более широко применяют разработанный Л. В. Худобиным [21] новый высокоэффективный струйно-напорный внезонный способ (СНВС) подачи смазывающе-охлаждающей жидкости. Сущ­ ность этого способа заключается в том, что СОЖ под давле­ нием подается на рабочую поверхность шлифовального круга вне зоны резания через одно или несколько сопел. Струи СОЖ, обладающие достаточной кинетической энергией, лег­ ко пробивают воздушный поток, образующийся при вра­ щении круга, и с определенным усилием воздействуют на его рабочую поверхность, очищая абразивные зерна и по­ ры круга от частиц металла и отходов шлифования. В этом

62

случае шлифовальный круг при каждом обороте совершен­ но очищается и его рабочая поверхность постоянно имеет высокую стабильную режущую способность.

На рис. 21 показан один из вариантов устройства для подачи СОЖ струйно-напорным внезонным способом [211 на круглошлифовальном станке модели 3151. СОЖ подает­ ся через неподвижное многоканальное сопло, состоящее из

При использовании СНВС подачи СОЖ предотвращается образование на зернах наростов и налипов, обеспечиваются максимальный отвод тепла из зоны резания и очистка рабочей поверхности круга от отходов шлифования, повышение про­ изводительности обработки примерно до трех раз по сравне­ нию со шлифованием при подаче СОЖ поливом. Кроме то­ го, повышается стойкость кругов между правками в 1,4-— 2,5 раза, а точность обрабатываемых деталей — на 10—40%, шероховатость обработанной поверхности снижается на 1— 5 разрядов (в среднем на 1 класс).

Вопросами исследования влияния внезонного способа охлаждения и очистки круга при работе алмазных кругов занимались X. Виеман и В. Савлук [25]. В ходе эксперимен­ тов на плоскошлифовальном станке алмазными кругами диаметром 400 мм и шириной 20 мм зернистостью 125/100 из алмазов ДХДА — MC на органической связке шлифова­ ли стальные и чугунные образцы длиной 600 мм и шириной 275 мм. В процессе проведения опытов изменялась глубина

63