CC BY
19ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ
УДК 621.9.047
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОАЛМАЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ АСИММЕТРИЧНЫХ БИПОЛЯРНЫХ ИМПУЛЬСОВ
Х.М. РАХИМЯНОВ, профессор, доктор техн. наук, Б.А. КРАСИЛЬНИКОВ, доцент, канд. техн. наук, В.В. ЯНПОЛЬСКИЙ, канд. техн. наук, НГТУ, г Новосибирск
Доказана эффективность применения асимметричных биполярных импульсов для повышения режущей способности алмазных кругов на металлической связке. Определена производительность процесса электроалмазного шлифования в зависимости от величины напряжения обратной полярности.
We prove the effectiveness of asymmetric bipolar pulses to improve the cutting ability of diamond circles on the metal bond. Measure the performance of the process elektro-diamond grinding depending on the voltage reverse polarity.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЭЛЕКТРОАЛМАЗНОЕ ШЛИФОВАНИЕ, ЗАСАЛИВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ АЛМАЗНОГО КРУГА, ПРАВКА КРУГОВ, АСИММЕТРИЧНЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ ИМПУЛЬСЫ.
Быстрорежущие стали нашли широкое применение при изготовлении режущего инструмента для обработки конструкционных сталей и чугунов, работающего как при небольшой скорости резания, но с высокими давлениями (метчики, плашки), так и при больших скоростях (сверла, резцы, фрезы). Вместе с тем эти материалы относятся к классу труднообрабатываемых. Входящие в состав стали карбиды вольфрама, молибдена, ванадия, определяющие прочность материала, и обусловливают сложность в их обработке механическим резанием.
Финишными операциями изготовления режущего инструмента является шлифование и заточка. Качество их выполнения влияет на стойкость режущего инструмента в процессе его эксплуатации. В настоящее время шлифование и заточка режущего инструмента из быстрорежущих сталей осуществляется кругами из электрокорунда белого и эльбора, что зачастую приводит к образованию дефектов в виде прижогов и микротрещин. Кроме того, производительность обработки не превышает 400.. .600 мм3/мин.
Одним из перспективных способов повышения производительности обработки и качества обработанной поверхности при заточке инструмента из быстрорежущих сталей является электроалмазное шлифование (ЭАШ). Вместе с тем этот метод не получил широкого применения при обработке данного класса материалов вследствие быстрого засаливания поверхности алмазного круга (рис. 1), что приводит к снижению качества обработанной поверхности.
В реальных технологических процессах шлифования для устранения этого явления используют
Засаленный слой
Рис. 1. Поверхность алмазного круга со следами засаленного слоя после шлифования быстрорежущей стали Р6М5
различные методы правки шлифовальных кругов, заключающиеся в удалении засаленного слоя с поверхности круга. В зависимости от способа правки время, затрачиваемое на восстановление режущих свойств алмазных кругов, составляет от 5 до 30 % времени, предназначенного на всю операцию шлифования [1, 2], что приводит к увеличению общего времени обработки детали. Основными методами правки алмазных кругов на металлической связке являются обработка абразивным инструментом и электрохимическое растворение связки круга [3, 4]. Вместе с тем следует отметить, что недостатком механических методов правки кругов на металлической связке является низкая производительность, не превышающая 7.8 мг/мин, при расходе абразива в 80.100 раз больше снимаемого с алмазных кругов слоя [1, 5, 6]. Кроме того, введение дополнительной операции правки приводит к увеличению времени изготовления детали.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Рис. 2. Схема электрохимической правки алмазного круга на металлической связке: 1 - алмазный круг на металлической связке; 2 - сопло для подачи электролита; 3 - обрабатываемая деталь; 4 - источник напряжения; 5 - токосъемное устройство
В последние годы все большее применение находят методы ЭАШ с непрерывным управлением рельефом круга в процессе обработки [5, 6]. Одним из таких методов является электроалмазное шлифование материалов на обратной полярности. Схема процесса ЭАШ на обратной полярности приведена на рис. 2. При такой схеме обрабатываемая деталь является катодом, а алмазный круг на металлической связке анодом.
Происходит непрерывное растворение связки круга, предотвращающее образование засаленного слоя. Однако недостатком данной схемы является повышенный расход алмазных зерен. За счет постоянного растворения связки круга алмазные зерна при минимальных нагрузках «выпадают».
В работах [5, 6, 7] рассмотрена возможность осуществления непрерывной правки алмазных кругов на металлической связке за счет введения в зону обработки автономного катода (рис. 3). Обрабатываемая деталь является электрически нейтральной. Данное технологическое решение позволяет повысить производительность обработки в 1,5...2 раза по сравнению с формообразованием по традиционной схеме ЭАШ.
Рис. 3. Схема непрерывной правки круга в процессе шлифования:
1 - алмазный круг на металлической связке;
2 - обрабатываемая деталь; 3 - сопло для подачи электролита; 4 - правящий электрод; 5 - источник
напряжения; 6 - токосъемное устройство
ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ
В этом случае (рис. 3) удаление припуска осуществляется только механическим срезанием алмазными зернами. Этот способ шлифования нашел широкое применение при обработке диэлектрических материалов. В случае же формообразования токопроводящих материалов по схеме, представленной на рис. 3, не происходит электрохимического растворения обрабатываемого металла, что приводит к увеличению сил резания и температуры в зоне обработки, а следовательно, и к снижению качества обработанной поверхности.
Одним из возможных решений, позволяющих повысить производительность процесса электроалмазного шлифования и обеспечить качество обработанной поверхности, является совмещение процессов растворения продуктов засаливания и связки круга с растворением и механическим съёмом обрабатываемого материала (рис. 4) [6, 7, 8]. Данный способ правки алмазных кругов на металлической связке позволяет эффективно управлять процессом растворения засаленного слоя и связки круга за счет применения независимого источника тока, включенного в цепь правки, что дает возможность изменять напряжение между алмазным кругом и катодом, тем самым регулируя интенсивность растворения связки.
В процессе электроалмазного шлифования электролит выбирается из условия максимального электрохимического растворения обрабатываемого материала. Состав электролита зависит от химического состава обрабатываемого металла, но состав связки, как правило, отличается электрохимическими свойствами от обрабатываемого материала. Данный факт может приводить к образованию окисных пленок на поверхности связки, что снижает скорость электрохимического растворения, а следовательно, и к уменьшению эффективности удаления засаленного слоя с поверхности круга. Кроме того, такая схема электроалмазного шлифования (рис. 4) не может быть реализована при обработке внутренних поверхностей.
Рис. 4. Схема комбинированного процесса электроалмазного шлифования с непрерывной правкой круга:
1 - алмазный круг на металлической связке;
2 - обрабатываемая деталь; 3 - сопло для подачи электролита; 4 - правящий электрод; 5 - источник
напряжения; 6 - токосъемное устройство
ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ
+ и,в
-и, в
шш
шип
полярности
Qb
мм/мин
и2=4В
U2=6B
U2=8 В U2=10 В
Рис. 5. Вольт-амперная характеристика процесса электроалмазного шлифования с применением асимметричных биполярных импульсов: П1, П2 - напряжение прямой полярности и обратной полярности, В; т - длительность единичного импульса, мс; Т - период единичных импульсов, мс; /2 - длительность работы прямой и обратной полярностей, мс; Т - период цикла работы, мс
Одним из эффективных способов управления режущей способностью алмазных кругов на металлической связке в процессе электроалмазного шлифования является применение асимметричных биполярных импульсов, позволяющих производить правку кругов за счет смены полярности электродов в процессе шлифования в автоматическом режиме (рис. 5) [9].
Однако для эффективного применения данного технологического метода при шлифовании указанного класса материалов требуется проведение комплексных исследований процесса обработки с целью установления взаимосвязей производительности процесса с режимами шлифования.
На производительность процесса электроалмазного шлифования с использованием асимметричных биполярных импульсов могут оказывать существенное влияния такие факторы, как скорость резания, давление алмазного круга на деталь, состав электролита, напряжение прямой и обратной полярности, длительность прямой и обратной полярности. Значения скорости резания (и = 14 м/с) и давления алмазного круга на деталь (Р = 500 Н/см2) при элетро-алмазном шлифовании быстрорежущей стали Р6М5 были установлены на основе экспериментальных исследований, результаты которых приведены в работе [10]. В качестве электролита использовался 10 %-й водный раствор 10%NaN03 [11].
Рис. 6. Влияние напряжения обратной полярности U2 на линейную производительность электроалмазного шлифования стали Р6М5 с использованием асимметричных биполярных импульсов (Р = 500 Н/см2, и = 14 м/с)
В данном исследовании экспериментально определялось влияние напряжения обратной полярности на технологические характеристики процесса шлифования. Остальные факторы имели фиксированное значение и были определены на основе предварительных экспериментов. Напряжение прямой полярности составляло Ц =10 В. Превышение значения напряжения прямой полярности свыше и = 10 В сопровождается появлением эрозионных процессов, что приводит к нарушению электрохимического процесса растворения и снижению качества обработанной поверхности. Напряжение обратной полярности в экспериментах варьировалась в пределах от 4 до 10 В с шагом 2 В.
В результате проведенных исследований была получена зависимость, отражающая влияние величины напряжения обратной полярности на производительность процесса электроалмазного шлифования быстрорежущей стали Р6М5 с применением асимметричными биполярных импульсов (рис. 6).
Из рисунка видно, что увеличение напряжения обратной полярности способствует повышению производительности процесса. Минимальное значение наблюдается при напряжении обратной полярности и2 = 4 В. Вероятно, данное значение напряжения является недостаточным для полного растворения засаленного слоя с поверхности круга. Увеличение напряжения обратной полярности приводит к повышению скорости растворения засаленного слоя, следствием чего является увеличение линейной производительности до максимального значения, наблюдаемое при напряжении обратной полярности Ц2 = 8 В (рис. 6). Объясняется это факт тем, что при этом значении напряжения обратной полярности происходит интенсивное растворение связки алмазного круга, «обнажая» новые зерна с
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТРУДЫ КОНФЕРЕНЦИИ
Рис. 7. Зависимость производительности процесса электроалмазного шлифования стали Р6М5 при разном роде тока:
1 - ЭАШ с постоянным током; 2 - ЭАШ с асимметричными биполярными импульсами
высокими режущими свойствами. Дальнейшее увеличение напряжения до и2 = 10 В приводит к снижению производительности вследствие растворения связки алмазного круга. Алмазные зерна выступают на максимально возможную величину из связки и при минимальной нагрузке «высыпаются», не участвуя в процессе резания.
Сравнительные данные по производительности электроалмазного шлифования быстрорежущей стали Р6М5 по традиционной схеме (на постоянном токе) и с применением асимметричных биполярных импульсов представлены на рис. 7.
Проведенные исследования показали, что максимальная производительность процесса электроалмазного шлифования быстрорежущей стали Р6М5 с применением асимметричных биполярных импульсов наблюдается при напряжении обратной полярности и2 = 8 В. Применение асимметричных биполярных импульсов при электроалмазном шлифовании быстрорежущей стали Р6М5 приводит к повышению производительности обработки в 3,2. 3,5 раза по сравнению со шлифованием на постоянном токе.
Список литературы
1. Каратыгин А.М. Заточка и доводка инструмента / А.М. Каратыгин, Б.С. Коршунов. - М.: Машиностроение, 1977. - 182 с.
2. Гродзинский Э.Я. Алмазно-электроэрозионная заточка торцовых фрез / Э.Я. Гродзинский, Л. С. Зубатова // Станки и инструменты. - 1993. - №4. - С. 16 - 18.
3. Чачин В.И. Профилирование алмазных шлифовальных кругов / В.И. Чачин, В. Д. Дорофеев - Минск: Наука и техника, 1974. - 160 с.
4. Синьковский Л.К. Правка алмазных шлифовальных кругов. - М.: НИИМАШ, 1981. - 263 с.
5. Захаренко И. П. Алмазно-электролитическая обработка инструмента / И.П. Захаренко, Ю.Я. Савченко. -Киев: Наукова думка, 1978. - 224 с.
6. Грабченко А.И. Схемы непрерывного управления рельефом кругов в процессе алмазного шлифования / А.И. Грабченко, И.Н. Пыжов, В.Л. Доброскок // Резание и инструмент. - 1986. - Вып.35. -- С. 57 - 63.
7. Янюшкин А.С. Технология комбинированного электроалмазного затачивания твердосплавных инструментов. - М.: Машиностроение, 2003. - 241 с.
8. Грабченко А.И. Расширение технологических возможностей процесса алмазного шлифования / А.И. Грабченко, И.Н. Пыжов, С.А. Култышев // Станки и инструмент. - 1991. - С. 34 - 35.
9. Рахимянов Х.М. Повышение эффективности глубинного электроалмазного шлифования с использованием асимметричных биполярных импульсов / Х.М. Рахимянов, Б. А. Красильников, В.В. Янпольский // Сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции «Современная электротехнология в промышленности России». - Тула. - 2005. - С. 156 - 160.
10. Рахимянов Х.М. Определение режимов обработки быстрорежущей стали Р6М5 при глубинном электроалмазном шлифовании / Х. М. Рахимянов, Б. А. Красильни-ков, В.В. Янпольский // Сварка в Сибири. - 2005. - № 1 (35). - С.49-50.
11. Янпольский В.В. Исследование анодного растворения металлов и сплавов методом вращающегося дискового электрода / К.Х. Рахимянов, Д.Ю. Домичковский // Сб. трудов Международной научно-технической конф. «Современная электротехнология в промышленности России». -Тула, 2007. - С. 33-38.
Контактная информация для переписки: Рахимянов Х.М. - 630092, Новосибирск, Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Марка, 20; e-mail: tms-ngtu@mail.ru
