Электрохимическое шлифование

Введение

На современном этапе технологии одним из важнейших путей решения проблемы обработки деталей из труднообрабатываемых металлов и сплавов является шлифование токопроводящими алмазными и абразивными кругами. Это обеспечивает значительный рост производительности труда, снижение затрат и повышение эффективности производства при достижении высоких эксплуатационных свойств обработанных поверхностей.

Электрохимическое шлифование алмазными или абразивными кругами на токопроводящих металлических связках представляет собой комбинированный процесс, при котором материал снимается в результате одновременно протекающих процессов: анодного растворения, механического резания алмазными или абразивными зернами и электроэрозионных явлений. Кроме того, в результате воздействия электролитов происходит адсорбционное понижение прочности обрабатываемого материала вследствие уменьшения межфазной поверхностной энергии. Благодаря отсутствию сплошного контакта дискретных контактирующих поверхностей детали и инструмента, а также выступанию зерен алмаза или абразива из связки, между ними образуется зазор, заполненный электролитом. В зазоре под воздействием электрического тока происходит анодное растворение поверхности детали. Таким образом, поверхностный слой при электрохимическом шлифовании образуется в результате протекания электрохимического процесса и механической работы круга, производимой зернами алмаза или абразива, которые удаляют продукты анодного растворения и срезают обрабатываемый материал, а также выполняют роль депассиваторов, разрушая и удаляя пленку окислов металла, образующуюся на поверхности детали.

Если электрохимический съем значительно преобладает над механическим, процесс по результатам воздействйя на обработанную поверхность близок к электрохимической размерной обработке в проточном электролите. В этом случае процесс можно считать холодным, а обработанную поверхность свободной от дефектов механической обработки. В случае преобладания механического съема качество обработанной поверхности приближается к результатам алмазного шлифования.

Известно несколько методов абразивно-алмазного шлифования с одновременным воздействием электрохимических процессов на обрабатываемую деталь и инструмент. При изменении полярности электродов (круг — анод, деталь — катод), т. е. так называемой обработки на обратной полярности, происходит растворение металлической связки круга. Процесс характеризуется интенсивным самозатачиванием, снижением силы резания, температуры, вследствие чего производительность обработки возрастает. Износ кругов в этом случае существенно увеличивается. Для шлифования деталей из твердых сплавов применяются только алмазные круги, а из жаропрочных сплавов, нержавеющих и конструкционных сталей— алмазные и реже абразивные круги на металлических связках. В качестве источников тока применяются те же выпрямители, что и при электрохимическом шлифовании. Напряжение источника тока 3—5 В.

Использование абразивных кругов на металлической связке возможно при шлифовании с непрерывной электрохимической правкой круга. В этом случае устанавливается дополнительно катод, который разрушает связку. Преимуществом этого метода шлифования является отсутствие трения связки с обрабатываемой поверхностью. Для этой же цели иногда используют реверсивный источник питания, дающий обратную полуволну. Известно использование электронейтрального абразивного инструмента, в котором электрохимический и механический процессы разнесены в пространстве. Электрохимический съем с поверхности детали осуществляется в этом случае дополнительным кругом. Все разновидности методов обработки с использованием анодных процессов могут весьма эффективно использоваться в промышленности.

Инструмент, электролиты и оборудование для электрохимического шлифования

Работоспособность инструмента характеризуется его стойкостью, удельным износом алмазов, удельной объемной производительностью, интенсивностью съема, стоимостью съема единицы массы или объема материала и т. д. Все эти показатели в существенной мере определяются характеристиками инструмента — связкой, прочностью и величиной зерна, концентрацией алмазов или абразивов в единице объема режущей части круга.

При электрохимическом шлифовании связка круга должна обладать значительной электропроводностью в сочетании с высокой катодной стойкостью при электролизе, что обеспечит высокую износостойкость инструмента. В то же время связка должна обеспечить выкрашивание затупившихся зерен алмазов или абразивов. Наиболее часто употребляются алмазные круги на связках МБ, М5-2, М5-4, М5-5, М5-6, МВ-1, ТМ2, М013Э и др. При электрохимическом шлифовании, как правило, применяют зерна из алмазов АСВ. Можно ожидать, что использование высокопрочных алмазов марок АСК, АСС и САМ приведет к увеличению режущих свойств алмазных кругов.

Размер зерна определяет величину межэлектродного зазора и объем электролита, поступающего в зону обработки. При выборе зернистости круга надо исходить из того, что скорость электрохимического растворения возрастает с уменьшением межэлектродного зазора, т. е. с уменьшением размера зерен, но при этом затрудняется доступ электролита в зону обработки и, кроме того, возрастает вероятность возникновения локальных пробоев межэлектродного промежутка. Зернистость круга в значительной мере влияет и на шероховатость обработанной поверхности. Достаточно широко используется диапазон зернистости 80/63—160/125. Концен