1.5 Електрофізична та електрохімічна обробка (ЕФО, ЕХО)

 

У сучасному машинобудуванні не останнє місце займають проблеми обробки заготовок з матеріалів, що мають незвичайні властивості – підвищену міцність, крихкість, в’язкість тощо.

Крім цього, сучасні конструкції деталей дуже часто мають поверхні (отвори, пази тощо) з розмірами на рівні десятих часток міліметра з малою шорсткістю та поверхні зі спеціальними вимогами до стану поверхневого шару.

Перелічені проблеми дуже важко, а іноді і неможливо подолати традиційними способами обробки, але вони стають значно простішими при використанні способів електрофізичної та електрохімічної обробки.

Ці способи обробки нерідко з успіхом доповнюють традиційну механічну обробку, підвищуючи її продуктивність.

Досить проста кінематика ЕФО та ЕХО дозволяє проводити точне регулювання їх параметрів та автоматизацію самого процесу.

Електрофізична обробка - це обробка, яка призначена для зміни форми, розмірів і (або) шорсткості поверхні заготовки з використанням електричних розрядів, магнітострикційного ефекту, електронного або оптичного випромінювання, плазмового струменя (ГОСТ 3.1109-82).

Електрохімічна обробка - це обробка, яка призначена для зміни форми, розмірів і (або) шорсткості поверхні заготовки внаслідок розчинення її матеріалу в електроліті під дією електричного струму.

Найбільш поширеними з цих способів обробки можна вважати такі.

 

Електроіскрова обробка

 

Цей спосіб ЕФО ґрунтується на використанні імпульсного електричного розряду між двома електродами, одним з яких є заготовка (анод), а другим інструмент (катод).

Тривалість імпульсу становить 20-200 мкс. Заготовки обробляють у ваннах, заповнених діелектричною рідиною – гасом або рідким мінеральним мастилом. Ця рідина не тільки охолоджує електроди (заготовку та інструмент), а і зменшує бокові розряди, що підвищує точність обробки.

Деякі схеми електроіскрової обробки показані на рисунку 1.76 [8].

 

а) прошивання отвору; б) прошивання отвору з криволінійною віссю;  в) обробка фасонної поверхні штампа;

г) обробка канавки

Для підтримання постійного зазору між інструментом та заготовкою електроіскрові верстати обладнані слідкуючими системами та механізмами автоматичної подачі інструмента.

Інструменти виготовляють з латуні, міді, вуглеграфітових та подібних матеріалів.

Спосіб призначений для обробки практично усіх електропровідних матеріалів. Його доцільно використовувати при обробці твердих сплавів, танталу, молібдену тощо.

Електроіскрову обробку широко використовують при виготовленні штампів, прес-форм, різального інструмента, сіток та сит, нарізанні різі тощо.

До недоліків методу можна віднести порівняно невелику продуктивність та досить швидке зношування інструмента.

Електроіскрова обробка забезпечує точність за 6-10-м квалітетами при шорсткості поверхні Ra (0,1-2,5) мкм [8].

 

Ультразвукова обробка

 

Ультразвукова обробка (УЗО) ґрунтується на використанні магнітострикційного ефекту. Він полягає у тому, що феромагнітні матеріали (нікель, залізокобальтові та залізоалюмінієві сплави, ферити тощо) мають властивість змінювати свої розміри під дією електромагнітного поля. З цих матеріалів виготовляють осердя, до яких прикріплюють робочі інструменти - пуансони потрібної форми.

При частоті коливання електромагнітного поля 16-30 кГц амплітуда коливання торця інструмента досягає 40-60 мкм.

Заготовки розміщують у ванні, що заповнена суспензією з води та абразивного порошку.

Коливання торця інструмента передаються абразивним зернам, які із значною швидкістю наносять удари по оброблюваній поверхні, що забезпечує видалення матеріалу.

Між пуансоном та заготовкою підтримують постійний зазор 0,05-0,08 мм.

Ультразвуковий спосіб (див. рисунок 1.77) дозволяє обробляти крихкі та тверді матеріали типу скло, кераміка, ферити, кварц, алмаз, загартовані сталі та тверді сплави тощо.

Інструменти виготовляють із в’язких, загартованих до твердості HRC 35-40 матеріалів.

Якість обробки поверхні залежить від частоти коливань та розміру абразивних зерен і знаходиться у межах 6-9-го квалітетів при шорсткості поверхні Ra (0,025-1,63) мкм [8].

Цей спосіб використовують в усіх типах виробництва.

Світлопроменева (лазерна) обробка

 

Лазерна обробка ґрунтується на тепловій дії світлового променя високої енергії на поверхню заготовки. Джерелом світлового випромінювання є лазер – оптичний квантовий генератор (ЕКГ).

Енергія, що створюється ЕКГ, досить незначна – 20-200 Дж, але те, що вона виділяється за мільйонні частки секунди та сфокусована у промені діаметром близько до 0,01 мм, забезпечує температуру у зоні обробки 6000-8000С0.

У результаті поверхневий шар матеріалу, що знаходиться у фокусі променя, миттєво нагрівається та випаровується.

Лазерну обробку використовують для прошивання наскрізних та глухих отворів, розрізання та вирізання складних за формами заготовок з листа, прорізання пазів тощо.

Цей спосіб практично не має обмежень матеріалів, що підлягають обробці. Наприклад, у алмазі отвір діаметром 0,5 мм можна виготовити за частки секунди.

Лазерна обробка забезпечує точність у межах 10-11-го квалітетів при шорсткості поверхні Ra (0,32-2,5) мкм [8].

Спосіб використовують в усіх типах виробництва.

Електрополірування

 

Електрополірування належить до електрохімічних способів обробки. Принцип його дії базується на явищі анодного розчинення при електролізі. При проходженні постійного електричного струму через електроліт 4 (див. рисунок 1.78а) на поверхні заготовки 2, що включена в електричну мережу як анод, проходить хімічна реакція, яка розчиняє поверхневий шар.

Другим електродом – катодом 3 - є металева пластина з міді, свинцю, сталі тощо. Для підвищення продуктивності процесу електроліт підігрівають до 40-80 С0.

Розчин матеріалу (див. рисунок 1.78б) переважно проходить на виступах мікронерівностей поверхні, оскільки на них створюється більша щільність електричного струму.

Завдяки цьому мікронерівності згладжуються, що покращує не тільки зовнішній вигляд поверхні, а і виключає термічні зміни поверхневого шару, підвищує корозійну стійкість тощо.

Електрополірування дозволяє обробляти як зовнішні, так і внутрішні поверхні. Цей спосіб використовують для загострення різальних, у тому числі медичних інструментів, виготовлення фольги тощо.

Електрополірування забезпечує шорсткість поверхні на рівні Ra (0,02-0,4) мкм [8].

Питання для самоперевірки

 

1    Що таке основні та допоміжні поверхні?

Що таке поверхні 1-го, 2-го, ... рангів?

Класифікація способів обробки поверхонь заготовок.

Що таке маршрут обробки поверхні (МОП)?

Що таке лезові способи обробки?

Що таке абразивні способи обробки?

Технологічні можливості стругання та довбання.*

Технологічні можливості фрезерування.*

Технологічні можливості точіння та розточування.*

Технологічні можливості шабрування. *

Технологічні можливості шліфування. *

Технологічні можливості притирання. *

Технологічні можливості полірування. *

Технологічні можливості суперфінішування. *

Технологічні можливості протягування. *

Технологічні можливості свердлення, зенкерування, *

зенкування, цекування, розвертання. *

Технологічні можливості хонінгування. *

Класифікація різі та способів її обробки.

Лезові способи обробки різі.

Абразивні способи обробки різі.

Класифікація пазів та способи їх обробки.

Способи обробки шліців.

Класифікація зубчастих коліс.

Способи обробки зубчастих коліс методом копіювання.

Способи обробки зубчастих коліс методом обкочування.

Способи ППД обробки поверхонь.

Способи ЕФО,ЕХО обробки поверхонь.