UDK 621.9.047 Химическая и электрохимическая обработка
The article considers the possibilities of combined processing with an unprofiled electrode-brush of products with a large unevenness of the initial profile. The coefficient of unevenness was used to estimate the size of the allowance. Methods of obtaining parts with variable allowance, features of their processing are considered. These are parts obtained by casting, welding, stamping, roughing blade and electroerosion treatment. The surfaces of such parts are often characterized by high hardness and wear resistance. To date, there is no universal way to process such parts. Often, such details, after processing, have to be refined with the help of stripping devices or a locksmith method, which increases the processing time and enhances the process. It is of interest to use an unprofiled brush electrode for processing such parts, but for this it was necessary to create an effective processing technology that ensures a stable flow of the process. As a result of theoretical studies and oscillography of the process, the mechanism of the processing process was clarified, which made it possible to clarify the true value of the electrode-brush and more accurately determine its wear. A typical technological process of surface treatment with an uneven allowance was developed. Schemes of surface treatment with variable allowance with adjustment of the amount of the brush electrode clamping by the minimum and maximum allowance values are proposed. Processing modes have been experimentally established. The article presents the practical results of experiments on processed cast iron gratings with different modes.
ELECTRODE BRUSH, COEFFICIENT OF UNEVENNESS, SURFACES WITH VARIABLE ALLOWANCE, WORKING MEDIUM, BRASS, STAINLESS STEEL, ALLOWANCE, PROCESSING MODES, CAST IRON GRATINGS.
1 Состояние вопроса исследования и актуальность работы
В настоящее время в связи с возрастающей сложностью изделий всё большее значение приобретает проблема обработки поверхностей с переменным припуском. Большой интерес представляет применение в качестве инструмента для обработки таких заготовок электрода-щётки.
Щётка недорога, легко изготавливается, универсальна. Ранее этот способ исследовался в Казани, Воронеже, Москве, Липецке и других научных центрах [1, 2]. В результате длительных исследований была создана установка для зачистки (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема обработки электродом-щеткой
На рабочий стол установки 1, модернизированной для обработки с наложением электрического поля, крепится обрабатываемая заготовка 2. Инструмент электрод-щетка 3 вращается с окружной скоростью ω. Заготовка с заданной подачей S совершает перемещение в направлении электрода-щетки. Обработка происходит в жидкой рабочей среде 5, которую через сопло 4 подают в зону обработки.
Недостатком процесса изготовления было то, что режим обработки был расчётным для постоянного припуска. В Воронежском государственном техническом университете (ВГТУ) были проведены исследования комбинированной обработки непрофилированным электродом-щеткой. Были получены зависимости для съёма материала, исследовано влияние технологических параметров процесса на производительность, качество, износ электрода-шётки, изучено влияние прижима электрода-щетки к детали [1, 2]. Однако большинство исследований было выполнено для деталей из мягких сплавов, имеющих равномерный припуск, что является частным случаем использования метода в машиностроении.
Одной из важнейших характеристик обработки электродом-щёткой является ее прижим к заготовке. Известно, что при изменении прижима смещением щетки к заготовке на величину более 0,2 мм показатели обработки существенно меняются.
Для оценки величины припуска был использован коэффициент равномерности
|
|
(1) |
где 
‒ наибольшая величина припуска обрабатываемой заготовки; 
‒ контрольная величина, 
.
Как показали экспериментальные исследования при величине неравномерности снимаемого припуска менее 0,2 мм процесс обработки являлся устойчивым и подчинялся основным закономерностям, изложенным в работах В.П. Смоленцева и других авторов [3, 4]. В тех случаях, когда неравномерность припуска превышала значение контрольной величины, процесс носил стохастический характер и припуск считался переменным.
Попытка применить электрод-щётку для обработки деталей с переменным припуском, в частности, для зачистки сварного участка, удаления припуска с наплавленных деталей, снятия облоя и притупления острых кромок на деталях после литья (чугунные решётки) не дали положительных результатов. Наблюдалось снижение интенсивности обработки, резко возрастал износ инструмента, снижалась точность обработки.
Целью работы являлось исследование процесса обработки деталей, имеющих переменный припуск и создание эффективной технологии, обеспечивающей устойчивое протекание процесса.
Детали с переменным припуском получают различными способами: сварные узлы, штамповки, наплавленные поверхности, детали после черновой ЭЭО, после черновой обработки лезвийным инструментом, литые детали [5, 6].
Поверхностный слой сварных швов и деталей, восстановленных наплавочными процессами, характеризуется повышенной прочностью и твёрдостью [7]. Такие детали имеют большой перепад припуска. Например, для компенсации износа детали, слой наносимого покрытия по толщине должен значительно превышать величину износа. Так, чтобы компенсировать износ 0,3-0,5 мм, надо наплавить слой до 1,0-1,2 мм [8].
Поверхностный слой деталей, подвергшихся электроэрозионной обработке, вследствие воздействия высоких температур, возникающих в зоне обработки в результате выделения электрической энергии, также обладает повышенной прочностью и твёрдостью, а также значительной неравномерностью профиля. Литые детали имеют высокую твёрдость, в частности, при литье решёток из чугуна СЧ20 (ГОСТ 1412-85) на поверхности решёток получается отбеленный слой, который и обуславливает высокую твёрдость и прочность. Детали после черновой обработки лезвийным инструментом или детали, получаемые штамповкой, имеют значительную неравномерность припуска, что удорожает их последующую обработку. Детали, полученные перечисленными методами, характеризуются повышенной твердостью и прочностью, большой величиной неравномерности припуска для последующей обработки, в результате чего чистовая обработка таких деталей затруднена.
Имеются различные методы обработки поверхностей с переменным припуском: обработка шарошками, шлифование абразивными кругами и абразивными лентами на эластичной основе, выглаживанием, лезвийным инструментом, иглофрезами, электрохимикомеханическим способом и т.д. [8, 9]. Но все они имеют недостатки, поэтому значительная часть деталей, имеющих переменный припуск обрабатывается с помощью зачистных устройств или слесарным методом. Трудоёмкость зачистных ручных операций очень высока и в ряде случаев занимает до 40 % от общего времени изготовления изделия.
Наиболее полно из перечисленных методов обработке поверхностей с переменным припуском удовлетворяют металлические щётки [10-12], но и им свойственны следующие недостатки: большой износ и обусловленная им высокая стоимость; низкая производительность.
Заслуживает внимания способ электрохимикомеханической размерной обработки, разработанный В.П. Смоленцевым [13], но он недостаточно производителен. Способ анодно-механической обработки находит широкое применение при обработке напусков [6], однако область его использования ограничена.
Сопоставление рассмотренных методов показывает, что наиболее прогрессивным методом, позволяющим улучшать показатели обработки деталей с переменным припуском, является электрод-щётка. Однако попытка использования этого метода без доработки процесса не дает положительных результатов, так как одним из основных факторов, определяющих показатели процесса, является прижим электрода-щётки к обрабатываемой заготовке.
1. Smolentsev V. P. Wear of the brush electrode when processing surfaces with variable allowance / V. P. Smolentsev, O. N. Kirillov, N. A. Tyukachev / Voronezh, VSTU, 1996. 15 p. Dep. in MIVI № 8684 24.10.1996.
2. Yurikov Yu. V. Combined electroerosion-galvanic restoration of machine parts / Yu. V. Yurikov, B. P. Saushkin // Unconventional technologies in mechanical engineering and instrument engineering : inter-university collection of scientific tr. Voronezh : VSTU, 1999. Issue 3. pp. 46-53.
3. Smolentsev V. P. Processing of parts with a wire cathode / V. P. Smolentsev, B. A. Bushuikin, N. P. Dunaev // Electronic processing of materials. ‒ 1976. ‒ № 3. ‒ pp. 89-91.
4. Smolentsev V. P. Non–rigid electrode – brush for finishing metalworking / V. P. Smolentsev, V. Yu. Cherepanov, O. N. Kirillov // Rational operation and tool maintenance of CNC and GPS machines : tez. dokl. zonal conf. Penza : PPI, 1989. ‒ pp. 38-39.
5. Handbook of a technologist-machine builder : in 2 volumes / Edited by A. G. Suslov M. : Mechanical Engineering, 2001.
6. Handbook of electroch emical and electrophysical processing methods / under the general ed. Volosatova V. A. L. : Mechanical Engineering, 1988. ‒ 719 p.
7. Handbook of the master of cast iron casting / Edited by N. G. Girshovich. – GNTI. 1953. ‒ 552 p.
8. Molodyk N. V., Zenin A. S. Restoration of machine parts. Handbook. – M. : Mechanical Engineering, 1989. – 480 p.
9. Makarov V. F. Method of automated rounding and polishing of sharp edges of gas turbine engine parts with abrasive polymer brushes / V. F. Makarov, A. V. Vinogradov // Questions of vibration technology : inter-university. collection of scientific. Rostov-on-Don : DSTU, 2010. ‒ pp. 25-31.
10. Perepichka E. V. Clean – hardening treatment of products with brushes. Moscow : Mashinostroenie, 1989. ‒ 136 p.
11. Serebrenitsky P. P. Processing of parts with mechanical brushes. L. : Lenizdat 1967. ‒ 152 p.
12. Kurguzov Yu. I. Technological quality assurance of the surface layer of hardened parts by processing with mechanical brushes : dis. Candidate of Technical Sciences / Yu. I. Kurguzov. Kuibyshev, 1981. ‒ 234 p.
13. Copyright certificate № 663518 of the USSR, MKI2 B23 P 1 / 04. Method of electrochemical and mechanical processing / V. P. Smolentsev, V. S. Primak. (USSR). – 2 p.
14. Kirillov O. N. The choice of parameters of working media during combined electrode-brush treatment / O. N. Kirillov // Fundamental and applied problems of engineering and technology. Eagle. ‒ 2010. ‒ № 6 (284). ‒ pp. 90-98.
15. Kirillov O. N. Tool for stripping welds / O.N. Kirillov // Unconventional technologies in mechanical engineering and instrumentation : mezhvuz. sb. scientific tr. Voronezh, 1998. Issue. 2. ‒ pp. 33-37.
16. Kirillov O. N. Razrabotka oborudovaniya dlya vysokoskorostnoy obrabotki neprofilirovannym elektrodom-schetkoy / O. N. Kirillov // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta. ‒ 2010. ‒ T.6. ‒ № 1. ‒ S. 20-22.
17. Kirillov O. N. Technology of combined processing with an unprofiled electrode : monograph / O. N. Kirillov. Voronezh : State Educational Institution "Voronezh State Technical University", 2010. ‒ 254 p.
18. Pisarev A. V. Management of technological indicators of processing with an electrode brush / A. V. Pisarev // Non-traditional methods of processing : collection of tr. international scientific and technical. conf. Voronezh, 2002. ‒ pp. 22-31.
19. New realities of the use of computer-aided design systems for the manufacture of promising products / O. O. Shendrikova, S. S. Yukhnevich, A. A. Vitkovskaya, A. K. Sevostyanov // Quality in production and socio-economic systems : collection of scientific tr. 8th International Scientific-Technical. conf., Kursk, April 17, 2020. – Kursk : South State University, 2020. – pp. 447-454. – EDN KUVLF.
20. Gillespie Larue K. 2004. Leaders who have contributed to deburring. Proceedings of the 7th International Conference on Deburring and Surface Finishing. Berkeley, California: June 9.
21. Kirillov O. N. Development of equipment for high-speed processing with an unprofiled electrode brush / O. N. Kirillov // Bulletin of the Voronezh State Technical University. ‒ 2010. ‒ Vol.6. ‒ № 1. ‒ pp. 20-22.
