CC BY
22
ЕТАПЛООБРАБОТК]
УДК 621.7
Электрохимикомеханическое формообразование как высокопотенциальная технология в области обработки металлов
М. Ю. Куликов, В. Е. Иноземцев, А. А. Бочаров, Мо Наинг У
Известно применение различных методов формообразования при обработке черных и цветных металлов, а также их сплавов. Вся номенклатура используемых способов получения деталей с удалением припуска представляет собой набор существенного объема. Методы формообразования различны по точности обработки, затратам энергии, времени, стоимости оборудования, что в итоге определяется целесообразностью выбора того или иного способа обработки. Известна высокая эффективность применения обрабатывающих операций совмещенных типов — именно такой технологический подход позволяет широко варьировать значениями входных параметров формообразования и управлять критериями качества. В связи с этим совершенствование способов электрохимической обработки позволит оптимизировать затраты при формообразовании.
Ключевые слова: точение, фрезерование, резьбонарезание, чистовая обработка, шероховатость, комбинированная обработка, электрохимическая обработка, параметры качества, режимы.
Известно, что для улучшения показателей механической обработки используются комбинированные методы формообразования, основанные на совместном использовании различных видов энергии [1]. Известна высокая эффективность вибрационного резания, лазерно-механического и других методов. Широко используют для повышения эффективности шлифования анодно-механическую обработку (АМО), которая значительно улучшает качество получаемых поверхностей и повышает эффективность обработки в целом.
В последние годы множество научных исследований посвящено эффективности комбинированных методов обработки, совмещающих влияние механического, электро-химиче-ского и электрофизического воздействий на обрабатываемую поверхность.
Комбинированные методы обработки являются сочетанием различных технологических приемов, в каждом из которых пытаются использовать и усилить положительные признаки, необходимые для технологического процесса изготовления детали. При различном
сочетании магнитного, химического, механического (постоянного или импульсного) и теплового воздействий создана целая гамма комбинированных методов обработки [2]. В качестве признаков, подлежащих усилению, может выступать любой технологический параметр обработки или их сочетание (производительность, качество и др.). Сам выбор комбинации напрямую зависит от оптимизационного параметра.
Оптимизация воздействия управляемых параметров, влияющих на процесс формообразования, позволяет корректировать их действие — усилить синергетическое действие факторов и снизить негативные явления. Таким образом, чем больше исходных факторов обрабатывающего процесса, тем больше возможностей управлять самим процессом.
Разные исследователи, изучающие производительность и эффективность комбинированных способов формообразования, установили, что возможно достижение высокого качества деталей при использовании операций комбинированной обработки с сов-
мещением электрохимической обработки с механической обработкой точением, фрезерованием, а также резьбонарезанием, развертыванием, шлифованием.
Формообразование внутренних поверхностей высокой точности с заданным упрочнением комбинированной обработкой возможно при взаимном регулировании анодного растворения постоянной силой деформирования и достижении стабильной исходной поверхности под наклеп за счет анодного растворения на глубину, превышающую глубину залегания остаточных напряжений [3].
В условиях обработки на оборудовании с числовым программным управлением использование комбинированных процессов формообразования позволяет существенно повысить производительность получения деталей.
Эксперименты [4] показали, что электро-химикомеханическое воздействие на поверхность заготовки в кратчайшие сроки обеспечивает необходимые параметры качества деталей из металлокерамических пористых материалов, а также цветных металлов и их сплавов [5].
Ниже приведены математические модели в кодированном виде, показывающие действие факторов, их парное взаимодействие при механической обработке металлокерамики на медной основе (1) и действие факторов (скорость резания V, м/мин; подача инструмента мм/об; радиус при вершине резца г, мм) с учетом их парного взаимодействия при электрохимикомеханической обработке (2).
В основе математической модели лежит полином первой степени, парное и тройное взаимодействие факторов наблюдалось незначительным, что позволило их не учитывать. В результате преобразований математическая модель формирования пористости (как важнейший параметр качества) поверхностного слоя после чистовой механической обработки приобрела следующий вид [4]:
У = 23,065 + 0,063Х1 - 0,063Х2 - 0,044Х3, (1)
где Х1 — скорость резания (V, м/мин); Х2 — подача инструмента (8, мм/об); Х3 — радиус при вершине резца (г, мм).
В результате полученная математическая модель формирования пористости поверхностного слоя после электрохимикомеха-нической обработки приобрела следующий вид [4]:
У = 24,175 + 0,4Х1 + 0,095Х2, (2)
где Х1 — скорость резания (V, м/мин); Х2 — ток в цепи (I, А).
Как показали практические результаты обработки, наибольшее влияние факторов исследования на параметр оптимизации наблюдается при тех же факторах, что соответствует обработке без активации СОТС: скорость резания V = 141 м/мин; подача в = = 0,05 мм/об; радиус при вершине г = 0,4 мм. Кроме этого, достижению оптимального качества поверхности способствует большая концентрация раствора сульфата меди Си804 и ток I = 2,4 А.
Как показали результаты опытов для построения крутого восхождения, оптимальные условия резания достигнуты при проведении дополнительных опытов и соответствуют значениям переменных факторов: V = 141 м/мин; I = 2,4 А. Полученная пористость составила 24,7 % (при номинальной пористости 25 %).
Установлено [5], что формирование качества поверхности при обработке силуминов с применением электрохимикомеханической обработки состоит из двух последовательных этапов: снятия припуска с помощью лезвийной механической обработки и анодного растворения материала в химически активной среде. Математическая модель формирования качества поверхности силуминов приобретает следующий вид:
Яг = Н1 + Н2 + Н3 + й4 - й5, (3)
где Яг — средняя высота профиля шероховатости; — составляющая профиля шероховатости, обусловленная геометрией и кинематикой перемещения рабочей части инструмента; Й2 — составляющая профиля шероховатости, обусловленная колебаниями инструмента относительно обрабатываемой поверхности; Й3 — составляющая профиля шероховатости, обусловленная пластическими деформациями в зоне контакта инструмента
ШШШМБОТКА
и заготовки; к4 — составляющая профиля шероховатости, обусловленная шероховатостью рабочих поверхностей инструмента; Й5 — изменение профиля шероховатости, обусловленное анодным растворением при электрохи-микомеханической обработке.
В результате получена статистическая модель формирования шероховатости поверхностного слоя при токарной обработке с элект-рохимикомеханическим воздействием:
Яа —
е8,39 ю0,66 ^0,72^3,86
(6)
ю0,039
т — _^_
а~ ^0,106^0,06^0,082 '
(4)
где та — показатель шероховатости, мкм; ю — концентрация электролита, %; V — скорость резания, м/мин; и — напряжение, В.
Принцип действия электрохимикомехани-ческой обработки при развертывании и резьбо-нарезании несущественно отличается от элек-трохимикомеханической обработки точением. Особенность процессов формирования шероховатости поверхности заключается в ином взаимодействии режущего инструмента с поверхностью заготовки. Таким образом, при развертывании и резьбонарезании кромка режущей части инструмента позволяет получить основные геометрические параметры, а последующее анодное растворение формирует окончательные геометрические параметры обработанной поверхности. Электролит подавался в зону обработки в виде струи.
В результате полученная математическая модель уменьшения шероховатости поверхности при электрохимикомеханической обработке для развертывания имеет следующий вид:
е0,1545 ю0,039 Та — ^,03и0,35
(5)
В результате преобразований математическая модель уменьшения шероховатости поверхности при электрохимикомеханической обработке для резьбонарезания приобрела следующий вид:
Оптимальные условия резания при развертывании и резьбонарезании достигаются следующими значениями факторов: V — 20 м/мин, и — 24 В, 30 % хлорида натрия с добавлением 2 % нитрида натрия (та развертывание — — 0,51 мкм; Яа резьбонарезание — 0,21 мкм). Показания шероховатости определялись металлографическим микроскопом МИС-11 с помощью метода оптического сечения.
Выводы
Комбинированные методы формообразования являются высокотехнологичными в условиях производства и ремонта, а также представляют собой многофакторный управляемый и контролируемый процесс, что в итоге позволяет управлять качеством обработки и оптимизировать конкретный технологический процесс за счет широкого спектра возможных значений любого из воздействующих факторов исходя из технических требований в условиях производства.
Литература
1. Подураев В. Н., Камалов В. С. Физико-химические методы обработки. М.: Машиностроение, 1973. 346 с.
2. Назаров Ю. Ф., Талдонов Г. В., Курченко В. В.
Основы наноабразивной обработки деталей машин // Вестн. машиностроения. 2007. № 9. С. 32-37.
3. Болдырев А. И. Достижение заданного качества материала управлением технологическими условиями комбинированной обработки // Вестн. Саратовского государственного технического университета. 2010. Т. 3, вып. 1. С. 27-30.
4. Иноземцев В. Е. Обеспечение качества поверхностного слоя пористых металлокерамических материалов при чистовой механической обработке: авто-реф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2012. 19 с.
5. Мо Наинг У. Повышение эффективности лезвийной анодно-механической обработки наружных цилиндрических и резьбовых поверхностей деталей из силуминов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 2014. 16 с.
