CC BY
9
УДК 622.621.9.047/.048-114
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ШЛИФОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
А. С. Янюшкин1, С. П. Ереско2, В. С. Ереско2, Т. Т. Ереско2, С. А. Янюшкин1
1 Братский государственный университет Российская Федерация, 665709, г. Братск, ул. Макаренко, 40 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: 2eresko07@mail.ru
Предложена технология шлифования неэлектропроводных и полупроводниковых материалов алмазными кругами на металлической связке, при которой поддержание высоких режущих свойств круга осуществляется непрерывной электрохимической правкой.
Ключевые слова: шлифование, алмазный круг, электролит, металлическая связка, электрохимическая правка.
THE DEVICE FOR GRINDING OF PRODUCTS FROM NOT ELECTROWIRE AND SEMICONDUCTOR MATERIALS
A. S. Yanyushkin1, S. P. Eresko2, V. S. Eresko2, T. T. Eresko2, S. A.Yanyushkin1
1Bratsk State University 40, Makarenko Str., Bratsk, 665709, Russian Federation 2Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: 2eresko07@mail.ru
The technology of grinding of not electrowire and semiconductor materials by diamond wheels on a metal sheaf at which maintenance of the high cutting properties of a circle is carried out by continuous electrochemical editing is offered.
Keywords: Grinding, diamond wheel, electrolyte, metal sheaf, electrochemical editing.
Проблемой алмазной обработки прочных материалов является повышенный расход дорогостоящих алмазных кругов и недостаточно высокая производительность, в некоторых случаях низкое качество обработанной поверхности и сколы хрупких материалов на выходе круга с обрабатываемой заготовки. Принципиальное решение подобных проблем имеет место при выполнении операций шлифования прочных неэлектропроводных, полупроводниковых материалов (стёкла, фарфора, керамики, различных камней, включая драгоценные и СТМ и др.) [1].
Применение алмазного инструмента на органических и керамических связках не отвечает поставленным требованиям. А использование алмазного инструмента на металлической связке приводит к потере режущих свойств круга и требует периодической, как правило, механической правки круга, при которой уходит в шлам значительное количество неизношенных алмазных зёрен. Таким образом, во всех случаях обработка неэлектропроводных материалов традиционными методами сопровождается повышенным расходом алмазного инструмента.
Операции шлифования неэлектропроводных и полупроводниковых материалов выполняются алмазными кругами на металлической связке, а поддержание высоких режущих свойств круга осуществляется непрерывной электрохимической правкой.
На рисунке изображено устройство для обработки неэлектропроводных материалов с непрерывной правкой, на примере шлифования сфер, состоящее из алмазного круга 1, специального токосъёмника 2, источника постоянного тока 3, катода для правки круга 4 и обрабатываемой заготовки 5.
Секция «Проектирование машин и робототехника»
2
Устройство для алмазного шлифования сфер из неэлектропроводных и полупроводниковых материалов с непрерывной правкой круга: 1 - алмазный круг; 2 - токосъемник; 3 - источник питания;
4 - катод для правки круга; 5 - заготовка
Алмазный круг служит анодом, устанавливается на шпинделе станка. К поверхности круга через токосъёмник 2 подаётся положительный потенциал источника тока. В нижней части стола установлен катод для непрерывной электрохимической правки, внутренняя полость которого выполнена с лабиринтными каналами, через которые к алмазоносному слою подаётся электролит. К катоду подключён отрицательный потенциал источника тока 3.
При подаче электролита в область контакта шлифовального круга с катодом и включении источника постоянного тока образуется замкнутая электрическая цепь, способствующая электрохимическому анодному растворению связки круга, что обеспечивает освобождение затупившихся алмазных зёрен и возобновлению новых неизношенных алмазных зерен на поверхности круга, тем самым обеспечивая высокие и притом постоянные во времени режущие свойства круга. При постоянно включенной электрической цепи обеспечиваются стабильные режущие свойства круга и его работа в режиме самозатачивания.
Степень очистки алмазоносного слоя и интенсивность изнашивания круга зависят от скорости растворения, связки круга, которая в свою очередь определяется целым рядом факторов. Одним из главных является плотность тока правки, определяемая как отношение силы тока правки к эффективной площади катода. В нашем случае сила тока правки подобрана опытным путём, устанавливается с помощью регулятора источника тока в пределах 0,2...0,4 А/см2, при напряжении 6...8 вольт и корректируется в зависимости от свойств связки. Скорость растворения, связки круга зависит также от величины межэлектродного зазора между катодом и шлифовальным кругом и устанавливается в пределах 0,05...0,1 мм. Рациональная площадь катоду в этих условиях составляет 4...6 см2.
Из уравнения Фарадея установлена зависимость растворения связки круга от режимов обработки:
т = к • J - Т, (1)
где т - масса растворенного материала, кг; к - электрохимический эквивалент вещества, кг/кл; J - сила тока, А; Т - время, с.
Одним из серьёзных факторов, хотя на первый взгляд и кажущимся не принципиальным, который резко ограничивает практическое применение электрохимических методов обработки резанием в промышленности, является сильное разбрызгивание электролита и связанные с этим низкие санитарно-гигиенические условия труда, загрязнение рабочих мест и в целом рабочих участков.
Устранить это препятствие, а именно, предотвратить разбрызгивание электролита и одновременно отвести пары и аэрозоли из зоны обработки удалось при совместном применении катода с лабиринтными полостями и специального турбоциклона, защищенного авторским свидетельством [2].
Лабиринтные полости постоянно наполнены электролитом, позволяют алмазному кругу забирать тонкий слой жидкости удерживаемой на поверхности круга за счет сил межмолекулярного сцепления. Этого количества электролита вполне достаточно для протекания процесса эквивалентного правке круга и поддержания постоянными, высокие режущие свойства алмазного круга. Для увеличения толщины слоя жидкости и его плотности на поверхности круга можно в состав электролита добавить глицерин. Электролит рекомендуется следующего состава: NN03 - 3 %, NN02 - 1 %, №2С03 - 0,5 %, Н20 - остальное, либо другие аналогичные, в частности [3].
Использование предлагаемой технологии [4-7] шлифования труднообрабатываемых неэлектропроводных и полупроводниковых материалов обеспечивает возможность повысить производительность шлифования алмазными кругами на металлической связке в 2...3 раза при одновременном улучшение качества обработанных поверхностей и снижении расхода шлифовальных кругов.
Библиографические ссылки
1. Керамические нанокомпозиты на основе диборида циркония / Е. Г. Скрипняк, Д. В. Лобанов, А. С. Янюшкин, В. В. Скрипняк, Д. А. Рычков // Системы. Методы. Технологии. 2011. № 10. С.95-98.
2. Турбоциклон / А. В. Дмитриев, А. И. Никитин, А. С. Янюшкин. № 956033 (8И). Опубл. Б.И., 1982. № 33.
3. Электролит для электрохимического шлифования / В. И. Лавриненко, А. С. Янюшкин и др. № 136332 (8И).Опубл. Б.И.1988. № 2.
4. Электроалмазное затачивание твердосплавных инструментов / А. С. Янюшкин, А. А. Сурьев, С. П. Ереско // Братск: БГУ, 2003. Т. 2. С. 100-111.
5. Способ электроабразивной обработки токопроводящим кругом с его одновременной правкой / А. С. Янюшкин, С. П. Ереско, А. А. Сурьев, В. С. Ереско, А. М. Кузнецов // Патент РФ на изобретение № 2268118. Опубл. 20.01.2006, бюл. № 2.
6. Устройство для электроабразивной обработки с одновременной правкой круга / А. С. Янюшкин, С. П. Ереско, А. А. Сурьев, В. С. Ереско, А. М. Кузнецов // Патент на полезную модель № 42193 Опубл. 27.11.2004.
7. Устройство для комбинированной электроалмазной обработки с непрерывной правкой круга / А. С. Янюшкин, С. П. Ереско, Д. В. Лобанов, А. А. Сурьев, А. М. Кузнецов // Патент РФ на изобретение № 2239525. Опубл. 10.11.2004. Бюл. № 31.
© Янюшкин А. С., Ереско С. П., Ереско В. С., Ереско Т. Т., Янюшкин С. А., 2016
