СПОСОБ АЛМАЗНО-ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ШЛИФОВАНИЯ Российский патент 2017 года по МПК B23H5/06 B24B1/04 

Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающим механическое и электрохимическое воздействие на обрабатываемую заготовку, и может быть использовано при алмазно-электрохимическом шлифовании деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов.

Известен способ комбинированной обработки в среде электролита, когда периодически по сигналу, характеризующему достижение рабочей поверхностью инструмента оптимальных режущих свойств, уменьшают напряжение до значений, не достигающих напряжения горения дуги [А.С. СССР №560725, МПК B23P 1/10. Способ комбинированной обработки металлов токопроводящим абразивным инструментом. Бюл. №21, 1977].

Однако в известном способе в периоды действия напряжения, превышающего напряжение горения дуги, наблюдаются засаливание и повышенный износ инструмента.

Известны также способы алмазно-электрохимического шлифования инструментом на токопроводящей связке [А.С. СССР №1000207, МПК B23P 1/04, В23Р 1/10. Способ алмазно-электрохимического шлифования. Бюл.№8, 1983; А.С. СССР №1576261. МПК В23Н 5/06, Способ электрохимического шлифования. Бюл. №25, 1990], в которых алмазно-электрохимическое шлифование проводится короткими электрическими разрядами или способ алмазно-электрохимического шлифования [А.С. СССР №1590237. МПК B23H 5/06. Способ электрохимического шлифования. Бюл. №33, 1990] с периодическим изменением напряжения.

Известен способ электрохимического шлифования поверхностей деталей [А.С. СССР №1071383, МПК В23Р 1/10. Устройство для электрохимического шлифования. Бюл. №5, 1984], использующий систему подвода электролита и электрод-инструмент, выполненный из отдельных пластин, связанных с держателем.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ алмазно-электрохимического шлифования вращающимся алмазным кругом на металлической связке, включающий наложение активирующего воздействия на межэлектродный промежуток [А.С. СССР №1756046. МПК B23H 5/06. Способ алмазно-электрохимического шлифования. Бюл. 31, 1992 г.]. В известном способе, в качестве активирующего воздействия на межэлектродный промежуток между вращающимся алмазным кругом и обрабатываемой деталью производят наложение основного и вспомогательного магнитного поля.

Однако, как прототип [А.С. СССР №1756046], так и остальные известные способы алмазно-электрохимического шлифования не обеспечивают защиту от засаливаемости алмазного круга и улучшение электрического контакта в системе «инструмент-электролит-деталь», что отрицательно сказывается на качестве и производительности обработки деталей, а также стойкости круга.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение стойкости алмазного шлифовального электрода-инструмента, а также повышение качества и производительности обработки деталей.

Технический результат достигается за счет того, что в способе алмазно-электрохимического шлифования вращающимся алмазным кругом на металлической связке, включающем наложение активирующего воздействия на межэлектродный промежуток, в отличие от прототипа, в качестве активирующего воздействия используются ультразвуковые колебания (УЗК), причем чередуют ультразвуковые колебания в низкочастотном и среднечастотном ультразвуковых диапазонах, выбирая низкочастотный диапазон частот в пределах 15-50 кГц с интенсивностью 2-5 Вт/см², а среднечастотный диапазон в пределах частот 100-300 кГц с интенсивностью в пределах 0,5-5 Вт/см².

Кроме того, в заявляемом способе могут использоваться следующие дополнительные приемы: дополнительно на межэлектродный промежуток производят наложение магнитного поля напряженностью от 1,5⋅10⁴ А/м до 5,5 А/м; чередуют ультразвуковые колебания в низкочастотном и среднечастотном ультразвуковых диапазонах через каждые 10-40 оборотов алмазного круга.

При наложении УЗК происходит кавитационное воздействие как на обрабатываемую поверхность, так и на инструмент. При этом инструмент очищается от налипаемых продуктов, с обрабатываемой поверхности удаляется часть тонкой пленки, образующейся в результате электрохимического (ЭХ) воздействия, что приводит к интенсификации процесса, за счет улучшения электрического контакта в межэлектродном промежутке между деталью и инструментом. При этом чередование среднечастотных и низкочастотных УЗК позволяет существенно повысить эффективность обработки за счет удаления загрязнений на инструменте, в силу различия результатов воздействия низкочастотных и среднечастотных ультразвуковых импульсов на инструмент и образующуюся в результате ЭХ воздействия пленку.

Сущность заявляемого способа, возможность его осуществления и использования иллюстрируются представленными ниже примерами.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом. Алмазный круг приводится во вращение приводом. В зазор между алмазным кругом и обрабатываемой деталью подается электролит, который захватывается кругом и попадает в межэлектродный промежуток (МЭП). В МЭП подается напряжение от источника технологического напряжения и от источников среднечастотных и низкочастотных УЗК поочередно налагаются ультразвуковые колебания. В области МЭП возникают кавитационные процессы поочередно от среднечастотных и низкочастотных УЗК. Введение поочередных среднечастотных и низкочастотных УЗК положительно сказывается на увеличении стойкости алмазного шлифовального электрода-инструмента, а также повышении качества и производительности обработки деталей. При введении в МЭП чередующихся среднечастотных и низкочастотных УЗК происходит эффективная очистка поверхности инструмента от различного рода налипаний, улучшается удаление продуктов обработки и загрязнений из МЭП, происходит частичное разрушение анодной пленки, возникающей на поверхности обрабатываемой детали в процессе электрохимической обработки (ЭХО).

Для оценки производительности и качества обработки были проведены следующие испытания. Образцы из труднообрабатываемых сплавов (ВК-8,Т14К8, ЮН15ДК35БА) были подвергнуты обработке как по способу-прототипу [А.С. СССР №1756046], согласно приведенных в способе-прототипе условий и режимов обработки, так и по предлагаемому способу. В качестве электролитов использовали: 1 электролит: водный раствор 2% моноэтаноламин, 2% натрий азотистокислый, 2% натрий фосфорнокислый; 2 электролит: водный раствор 3% натрий азотистокислый, 3% натрий фосфорнокислый; 3-4% моноэтаноламин; 3 электролит: водный раствор 4% натрий азотистокислый, 4% натрий фосфорнокислый; 4-5% моноэтаноламин. Режимы обработки: скорость вращения алмазного круга: 20 м/с, 25 м/с, 30 м/с, 35 м/с, 40 м/с, 45 м/с; глубина шлифования: 0,8 мм, 1,2 мм, 1,4 мм; подача электролита: 6 л/мин, 8 л/мин, 10 л/мин, 12 л/мин; напряжение холостого хода 10 B, 12 B, 14 B. Оценку производили по производительности процесса, по величине износа инструмента и оценке его засаливания при обеспечении заданной шероховатости поверхности обрабатываемой детали (Ra=0,32÷0,63 мкм).

Режимы обработки образцов по предлагаемому способу.

Чередование ультразвуковых колебаний в низкочастотном и среднечастотном ультразвуковых диапазонах - эффект наблюдается при любых частотах чередования; наилучший результат при чередовании через каждые 10-40 оборотов алмазного круга.

Низкочастотный диапазон частот: 12 кГц - неудовлетворительный результат (Н.Р.), 15 кГц - удовлетворительный результат (У.Р.), 20 кГц - (У.Р.), 30 кГц - (У.Р.), 40 кГц - (У.Р.), 50 кГц - (У.Р.), 60 кГц - (Н.Р.). (За удовлетворительный результат принимался результат, при котором проявлялись эффекты предлагаемого способа: минимальное засаливание инструмента, повышение производительности не менее чем на 15%, отсутствовали дефекты на обработанной поверхности, происходило снижение потребляемой энергии не менее чем на 8%), с интенсивностью: 1,5 Вт/см² - (Н.Р.), 2 Вт/см² - (У.Р.), 3 Вт/см² - (У.Р.), 4 Вт/см² - (У.Р.), 5 Вт/см² - (У.Р.), 7 Вт/см² - (Н.Р.).

Среднечастотный диапазон частот: 70 кГц - (Н.Р.), 100 кГц - (У.Р.), 200 кГц - (У.Р.), 300 кГц - (У.Р.), 350 кГц - (Н.Р.), с интенсивностью: 0,3 Вт/см² - (Н.Р.), 0,5 Вт/см² - (У.Р.), 1,5 Вт/см² - (У.Р.), 2,5 Вт/см² - (У.Р.), 3,5 Вт/см² - (У.Р.), 5 Вт/см² - (У.Р.), 7 Вт/см² - (Н.Р.).

Сравнительные испытания предлагаемого способа алмазно-электрохимического шлифования по сравнению со способом прототипом показали повышение производительности обработки в 1,2-1,3 раза, уменьшение засаливаемости инструмента на 80-85%, снижение энергозатрат на ведение процесса на 9-14%, при обеспечении качества обрабатываемой поверхности или некоторого его улучшения.

Таким образом, проведенные сравнительные испытания показали, что применение в способе алмазно-электрохимического шлифования вращающимся алмазным кругом на металлической связке следующих приемов: наложение активирующего воздействия на межэлектродный промежуток; в качестве активирующего воздействия используется ультразвуковые колебания; чередование ультразвуковых колебаний в низкочастотном и среднечастотном ультразвуковых диапазонах, выбирая низкочастотный диапазон частот в пределах 15-50 кГц с интенсивностью 2-5 Вт/см², а среднечастотный диапазон в пределах частот 100-300 кГц с интенсивностью в пределах 0,5-5 Вт/см², позволяют достичь технического результата предлагаемого изобретения - увеличить стойкость алмазного шлифовального электрода-инструмента, а также повысить качество и производительность обработки деталей.

Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающим механическое и электрохимическое воздействие на обрабатываемую заготовку, и может быть использовано при алмазно-электрохимическом шлифовании деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов. Шлифование осуществляют вращающимся алмазным кругом на металлической связке при активирующем воздействии на межэлектродный промежуток (МЭП). Активирующее воздействие производят путем наложения чередующихся ультразвуковых колебаний в низкочастотном и среднечастотном ультразвуковых диапазонах, при этом выбирают низкочастотный диапазон частот в пределах 15-50 кГц с интенсивностью 2-5 Вт/см², а среднечастотный диапазон частот в пределах 100-300 кГц с интенсивностью 0,5-5 Вт/см². В результате увеличивается стойкость алмазного круга, повышаются качество и производительность обработки. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ алмазно-электрохимического шлифования детали вращающимся алмазным кругом на металлической связке, включающий активирующее воздействие на межэлектродный промежуток (МЭП) между кругом и обрабатываемой деталью, отличающийся тем, что активирующее воздействия на МЭП производят путем наложения чередующихся ультразвуковых колебаний в низкочастотном и среднечастотном ультразвуковых диапазонах, при этом выбирают низкочастотный диапазон частот в пределах 15-50 кГц с интенсивностью 2-5 Вт/см², а среднечастотный диапазон частот в пределах 100-300 кГц с интенсивностью 0,5-5 Вт/см².

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно производят наложение магнитного поля на МЭП напряженностью от 1,5⋅10⁴ А/м до 5,5 А/м.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что чередование ультразвуковых колебаний в низкочастотном и среднечастотном ультразвуковых диапазонах производят через каждые 10-40 оборотов алмазного круга.