УДК 621.9.047 Химическая и электрохимическая обработка
В статье рассмотрены возможности комбинированной обработки непрофилированным электродом-щеткой изделий с большой неравномерностью исходного профиля. Для оценки величины припуска использован коэффициент неравномерности. Рассмотрены методы получения деталей с переменным припуском, особенности их обработки. Это детали, полученные литьем, сваркой, штамповкой, черновой лезвийной и электроэрозионной обработкой. Поверхности таких деталей зачастую характеризуются высокой твердостью и износостойкостью. На сегодняшний день нет универсального способа обработки таких деталей. Зачастую, такие детали после обработки приходится дорабатывать с помощью зачистных устройств или слесарным методом, что увеличивает время обработки и удорожает процесс. Представляет интерес использование для обработки таких деталей непрофилированного электрода-щетки, но для этого потребовалось создать эффективную технологию обработки, обеспечивающую устойчивое протекание процесса. В результате теоретических исследований и осциллографирования процесса был уточнен механизм процесса обработки, что позволило уточнить истинную величину съема электродом-щеткой и более точно установить ее износ. Был разработан типовой технологический процесс обработки поверхностей с неравномерным припуском. Предложены схемы обработки поверхностей с неравномерным припуском, с регулированием величины прижима электрода-щетки по минимальному и по максимальному значению припуска. Экспериментально установлены режимы обработки. В статье приведены практические результаты проведенных экспериментов по обработке чугунных решеток с разными режимами.
ЭЛЕКТРОД-ЩЕТКА, КОЭФФИЦИЭНТ НЕРАВНОМЕРНОСТИ, ПОВЕРХНОСТИ С ПЕРЕМЕННЫМ ПРИПУСКОМ, РАБОЧАЯ СРЕДА, ЛАТУНЬ, НЕРЖАВЕЮЩАЯ СТАЛЬ, ПРИПУСК, РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ, ЧУГУННЫЕ РЕШЕТКИ.
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. Смоленцев В. П. Износ электрода – щетки при обработке поверхностей с переменным припуском / В. П. Смоленцев, О. Н. Кириллов, Н. А. Тюкачев / Воронеж, ВГТУ, 1996. 15 с. Деп. в МИВИ № ДО 8684 24.10.1996.
2. Юриков Ю. В. Комбинированное электроэрозионно-гальваническое восстановление деталей машин / Ю. В. Юриков, Б. П. Саушкин // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении : межвуз. сб. науч. тр. Воронеж : ВГТУ, 1999. ‒ Вып. 3. ‒ С. 46-53.
3. Смоленцев В. П. Обработка деталей проволочным катодом / В. П. Смоленцев, Б. А. Бушуйкин, Н. П. Дунаев // Электронная обработка материалов. ‒ 1976. ‒ № 3. ‒ С. 89-91.
4. Смоленцев В. П. Нежесткий электрод – щетка для чистовой обработки металлов / В. П. Смоленцев, В. Ю. Черепанов, О. Н. Кириллов // Рациональная эксплуатация и инструментообслуживание станков с ЧПУ и ГПС : тез. докл. зональной конф. Пенза : ППИ, 1989. ‒ С.38-39.
5. Справочник технолога-машиностроителя : в 2 т. / Под ред. А. Г. Суслова М. : Машиностроение, 2001.
6. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / под общ. ред. Волосатова В. А. Л. : Машиностроение, 1988. ‒ 719 с.
7. Справочник мастера по чугунному литью / Под ред. Н. Г. Гиршовича. – ГНТИ. 1953. ‒ 552 с.
8. Молодык Н. В., Зенин А. С. Восстановление деталей машин. Справочник. – М. : Машиностроение, 1989. – 480 с.
9. Макаров В. Ф. Метод автоматизированного скругления и полирования острых кромок деталей газотурбинных двигателей абразивно-полимерными щетками / В. Ф. Макаров, А. В. Виноградов // Вопросы вибрационной технологии : межвуз. сб. науч. ст. Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2010. С. 25-31.
10. Перепичка Е. В. Очистно-упрочняющая обработка изделий щетками. М. : Машиностроение, 1989. 136 с.
11. Серебреницкий П. П. Обработка деталей механическими щётками. Л. : Лениздат 1967. ‒ 152 с.
12. Кургузов Ю. И. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя закаленных деталей обработкой механическими щетками : дис. канд. техн. наук / Ю. И. Кургузов. Куйбышев, 1981. ‒ 234 с.
13. Авторское свидетельство № 663518 СССР, МКИ2 B23 P 1 / 04. Способ электрохимикомеханической обработки / В. П. Смоленцев, В. С. Примак. (СССР). – 2 с.
14. Кириллов О. Н. Выбор параметров рабочих сред при комбинированной обработке электродом-щеткой / О. Н. Кириллов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. Орел. 2010. ‒ № 6 (284). ‒ С. 90-98.
15. Кириллов О. Н. Инструмент для зачистки сварных швов / О. Н. Кириллов // Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении : межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1998. ‒ Вып. 2. ‒ С. 33-37.
16. Кириллов О. Н. Разработка оборудования для высокоскоростной обработки непрофилированным электродом-щеткой / О. Н. Кириллов // Вестник Воронежского государственного технического университета. ‒ 2010. ‒ Т.6. ‒ № 1. ‒ С. 20-22.
17. Кириллов О. Н. Технология комбинированной обработки непрофилированным электродом: монография / О. Н. Кириллов. Воронеж : ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010. ‒ 254 с.
18. Писарев А. В. Управление технологическими показателями обработки электродом-щеткой / А. В. Писарев // Нетрадиционные методы обработки : сб. тр. междунар. науч.-техн. конф. Воронеж. ‒ 2002. ‒ С. 22-31.
19. Новые реальности применения систем автоматизированного проектирования для изготовления перспективных изделий / О. О. Шендрикова, С. С. Юхневич, А. А. Витковская, А. К. Севостьянов // Качество в производственных и социально-экономических системах : сб. науч. тр. 8-й Междун. науч.-техн. конф., Курск, 17 апреля 2020 года. – Курск : ЮЗГУ, 2020. – С. 447-454. – EDN CQUWLF.
20. Gillespie LaRoux K. 2004. Leaders Who Have Made a Difference in Deburring. Proceedings of the 7th International Deburring and Surface Finishing Conference. 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.
