CC BY
68
УДК 621.9.047
КОМБИНИРОВАННОЕ ГИДРОАБРАЗИВНОЕ С ЛОКАЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМ РАСТВОРЕНИЕМ УДАЛЕНИЕ ЗАУСЕНЦЕВ
О.Н. Кириллов, Е.В. Гончаров, В.И. Котуков
В статье описывается комбинированный гидроабразивный с локальным электрохимическим растворением способ удаления заусенцев после предшествующей обработки
Ключевые слова: комбинированная обработка, анодное растворение, удаление заусенцев, абразив
При обработке металлов обладающих вязкими свойствами лезвийным (точение, фрезерование и др.) и абразивным (шлифование) инструментами на переходных участках заготовки образуются заусенцы и остаются элементы стружки (рис. 1), которые не позволяют передавать деталь на дальнейшую сборку или последующую механическую и финишную обработку без предварительной очистки.
Рис. 1. Фрезерованная поверхность с заусенцами и
элементами стружки
Удаление заусенцев со сложных фасонных поверхностей часто выполняется вручную, что приводит к значительному увеличению трудоемкости изготовления изделия и повышению риска получения брака. Такие операции выполняются в тяжелых для здоровья работников условиях: пыль, вибрация. Применение автоматизированного удаления заусенцев на станках с ЧПУ приводит к сложности настройки и ощутимому удорожанию себестоимости изготовления детали. Существует метод удаления заусенцев термоимпульсным сжиганием, который осуществляется в герметичной камере [1]. Обрабатываемую заготовку помещают в камеру, после чего подают в нее горючий газ и поджигают его. Под воздействием пламени заусенцы сгорают.
Кириллов Олег Николаевич - ВГТУ, д-р техн. наук, доцент, e-mail: [email protected], тел. 89081472413 Гончаров Евгений Владимирович - ВГТУ, аспирант, e-mail: [email protected], тел. 89056557621 Котуков Василий Иванович- ВГТУ, аспирант, тел. 89092108255
Однако этот метод не гарантирует удаление длинных заусенцев и его возможности широкого использования ограничиваются нормативами по взрыво- и пожаробезопасности. При термоимпульсной обработке выделяется большое количество вредных паров, что приводит к дополнительным затратам на оснащение участка отдельной вытяжной вентиляцией с очисткой и дополнительным выплатам исполнителям. Появляется необходимость в обеспечении рабочих дорогостоящими средствами защиты органов дыхания, зрения, кожных покровов и т. д. При этом повышаются затраты и снижается производительность из-за необходимости транспортировок обрабатываемых деталей на специальные участки для термоимпульсной обработки, расположенные за пределами основного цеха.
Для решения проблемы удаления заусенцев на деталях, изготовленных из металлов с вязкими свойствами, предлагается использовать способ обработки концентрированной струей абразива, покрытого токопроводящим покрытием, в жидкой среде [2].
Удаление заусенцев и элементов стружки (рис. 2) осуществляется абразивом 1 с нанесенным на него хрупким токопроводящим покрытием 2 в рабочей среде 3. Рабочая среда подается через трубку 4 и смешивается с абразивом, имеющим хрупкое токопроводящее покрытие в смесительной камере 5, куда он подается из устройства 6 для нанесения на абразив покрытия. После смешивания их перемещают в сопло 7, подключенное к отрицательному полюсу источника тока 8, положительный полюс которого подключают к заготовке 9.
Носителем электрического заряда является токопроводящее покрытие на абразиве. В качестве покрытия может быть использован замороженный поликристаллический электролит, имеющий значительную токопроводность благодаря тому, что в межзерновых зонах происходит скопление дефектов, в которых скапливается не замерзший электролит. Замерзший электролит (раствор солей) обладает поляризу-
емостью при постоянном токе. По мере снижения температуры и увеличения времени замерзания льда соленые растворы в межкристаллических областях промерзают, что уменьшает электропроводность. Таким образом, можно сделать вывод, что для увеличения электропереноса токопроводящим покрытием на поверхности абразива необходимо производить намораживание при температурах, близким к температуре таяния электролита, что приведет к увеличению объема незамерзшего электролита, а также производить высокую скорость намораживания, что увеличит количество ячеек межкристаллических решеток, необходимых для накопления незамерзшего электролита. Такое формирование слоя льда способствует уменьшению энергии, необходимой для его разрушения при воздействии с заготовкой.
Механизм передачи электрического поля в зону обработки при использовании ледяного покрытия подобен струйной электрохимической обработке с токопроводящим наполнителем [3]. Такой вид подвода электрического поля позволяет повысить его величину в зоне обработки и обеспечить более равномерное электрохимическое воздействия по всей площади обработки. При увеличении концентрации наполнителя и его размеров повышается удельная электропроводность рабочей суспензии, состоящей из струи электролита и наполнителя, что приводит к интенсификации процесса. При концентрации наполнителя примерно 75 - 90% электропроводность в межэлектродном пространстве приближается к значению цельного инструмента из материала наполнителя. Зависимость удельной электропроводимости от концентрации наполнителя имеет нелинейный характер, т.к. при нахождении в составе суспензии 50% наполнителя и более происходит интенсивное взаимодействие гранул, что приводит к передаче электрического заряда между ними.
При использовании хрупкого токопро-водящего покрытия на абразивном зерне повышенная частота их механического взаимодействия до контакта с обрабатываемым материалом приводит к скалыванию части покрытия и тем самым снижению силы электрического поля в зоне обработки.
Помимо концентрации гранул в струе суспензии на величину переносимого заряда в зону обработки будет напрямую влиять электропроводность используемого для намораживания на абразивное зерно электролита.
При столкновении абразива, имеющего токопроводящее покрытие и заготовки проис-
ходит электрохимическая реакция, в результате которой часть припуска с поверхности заготовки растворяется. Наибольшая скорость растворения будет происходить на концентраторах электрического поля, которыми являются выступы неровностей, заусенцы и элементы стружки. После электрохимической реакции, покрытие под воздействием кинетической энергии разрушается, и абразив механически снимает часть материала в виде стружки с заготовки. Обрабатывающая головка передвигается вдоль заготовки со скоростью V достаточной для удаления заусенцев и оставшихся элементов стружки, но при этом съем метала с заготовки производится в пределах допуска по конструкторской документации, что значительно не меняет форму обрабатываемой поверхности. Электрохимическая составляющая комбинированного способа повышает общую производительность процесса, снижает шероховатость и удаляет негативный измененный поверхностный слой.
V
Рис. 2. Схема удаления заусенцев и оставшихся элементов стружки с поверхности заготовки гидроабразивным способом обработки с локальным электрохимическим растворением
Эксперименты проводились на заготовке из нержавеющей стали, имеющей продольные пазы. На заготовке после фрезерования имелись заусенцы и элементы стружки длиной от 0,5 до 160 мм (рис. 1). В качестве токопроводя-щего покрытия на абразивных зернах использо-
вался намороженный слой 20% раствора №С1 толщиной 0,05 мм. Обработка осуществлялась при напряжении 800 В. Наклон сопла относительно обрабатываемой поверхности (материал нержавеющая сталь) составляет 50^60°, давление среды - 10 МПа, время обработки 2 секунды.
После обработки на поверхности заготовки полностью отсутствовали заусенцы и элементы стружки (рис.3), пазы получились с радиусом скругления кромки 0,25 мм, что соответствует техническому заданию.
Рис. 3. Фрезерованная поверхность с пазами после гидроабразивной обработки с локальным электрохимическим растворением
Выводы:
1. Проведенные исследования показали возможности проектируемого гидроабразивного способа обработки с локальным электрохимическим растворением при удалении заусенцев и оставшихся элементов стружки с поверхности изделий после предшествующей механической обработки.
2. Установка для комбинированной обработки потоком абразива в жидкой среде с локальным электрохимическим растворением позволяет обрабатывать сложнопрофильные поверхности без ограничения габаритов изделия, имеет широкий диапазон обработки фасонных поверхностей, что позволяет значительно снизить себестоимость изготовления изделий.
3. Обработка гидроабразивным способом с локальным электрохимическим растворением позволяет повысить производительность процесса удаления заусенцев и элементов стружки до 8 раз по сравнению со слесарно-механичес-кой обработкой.
Литература
1. Чечета И.А., Гунин В.И., Кириллов О.Н. Резание материалов: учеб. пособие. Воронеж: ВГТУ, 2006. 196 с.
2. Смоленцев, В.П. Расчет технологических режимов гидроабразивного разделения материалов с наложением электрического поля [Текст] / В.П. Смоленцев, Е.В. Гончаров // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8. - №4. - С. 130-133.
3. Кузовкин А.В. Моделирование гидродинамического процесса движения рабочей среды с наполнителем / А. В. Кузовкин, В. А. Клочко // Современная технология в машиностроении. - 1997. - С.73-77
Воронежский государственный технический университет
COMBINED OF WATERJET WITH A LOCAL ELECTROCHEMICAL DEBURRING OF DISSOLVED
O.N. Kirillov, E.V. Goncharov, V.I. Kotukov
This paper describes a combined hydro-abrasive to the local electrochemical dissolution method for removing burrs after previous treatment
Key words: combined treatment, anodic dissolution, deburring, abrasive
