Способ электрохимического шлифования

 

Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающими механическое и электрохимическое воздействие на обрабатываемую заготовку. Целью изобретения является повышение производительности за счет оптимизации режимов обработки круга. Процесс осуществляют с регулированием напряжения источника постоянного тока. При этом напряжение периодически изменяют, регистрируя при этом изменение отношения величины высокочастотной составляющей технологического тока к величине напряжения источника, возведенного в 1,1-1,5 степень, величину которой предварительно выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала. В процессе шлифования указанное отношение поддерживают максимальным на диапазоне регулирования источника постоянного тока. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4333049/31-08 (22) 24 11.87 (46) 07.09.90. Бюл. N. 33 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) А.В.Останин, Г.П.Керша, В.В.Герасимович и П.М.Пецух (53) 621.9.048(088.8) (56) Гродзинский Э.Я. и Зубатова Л.С. Электрохимическая и электроэрозионная абразивная обработКа. — Стан коинструмент, 1982, Гч 3, с. 28-29. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧ ЕСКОГО

ШЛИФОВАНИЯ, (57) Изобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающими механическое и электрохимическое воздейИзобретение относится к комбинированным методам обработки, сочетающим механическое и электрохимическое воздействие на обрабатываемую заготовку.

Целью изобретения является повышение производительности обработки путем обеспечения режима шлифования с наименьшей твердостью обрабатываемой поверхности заготовки.за счет автоматического выбора напряжения.

На фиг, 1 представлено устройство для реализации способа; на фиг. 2 дан график

les зависимости, от U 4ч- высокочастотйая

U составляющая технологического тока; U— напряжение источника технологического тока; м — величина степени, которая в зависимости от обрабатываемого материала выбирается в пределах 1 ° 1-1,5).,, Ы2„„1590237 Al

<я>з В 23 Н 5/06 ствие на обрабатываемую заготовку. Целью изобретения является повышение производительности за счет оптимизации режимов обработки круга. Процесс осуществляют с регулированием напряжения источника постоянного тока; При этом напряжение периодически изменяют, регистрируя при этом изменение отношения величины высокочастотной составляющей технологического тока к величине напряжения источника, возведенного в 1,1 — 1,5 степень, величину которой предварительно выбирают в зависимости от свойств обрабатываемого материала. В процессе шлифования указанное отношение поддерживают максимальным на диапазоне регулирования источника постоянного тока. 2 ил.

Устройство содержит рабочий стол 1, на котором закреплена заготовка 2, шлифовальный круг 3, регулируемый источник 4 технологического тока, датчики напряжения 5 и тока

6, фильтр 7 высоких частот, устройство 8 логического деления, дифференцирующее устройство 9, логическое распределительное устройство 10 и генератор 11 импульсов.

Устройство представляет собой шаговый релейный экстремальный регулятор, в котором воздействие на объект вырабатывается в равноотстоящие промежутки времени в виде импульсов, параметры которых зависят от результатов действия управляющих импульсов на предыдущем шаге„

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе шлифования алмазным кругом 3 заготовки 2 в результате кратковременных электрических контактов

1590237 токапроводящей связки шлифовального круга с материалом обрабатываемой заготовки, а также вследствие электроэрозионных явлений в цепи источника 4 технологического тока генерируется высокочастотные импульсы технологического тока I ч, которые регистрируются датчиком б тока и отделяются от постоянной составляющей технологического тока фильтром 7 высоких частот. Одновременно с датчика 5 напряжения снимается сигнал, пропорциональный напряжению источника технологического тока. Устройство логического деления 8 вырабатывает постоянный сигнал, пропорциональный отношению величины высокочастотной составляющей технологического тока к напряжению источника технологического тока, взятому в степени v . Величина степени v предварительно задается на основании априорных или экспе риме нтал ьных дан ных.

Дальнейшая работа устройства полностью совпадает с работой шагового экстре мального регулятора. Генератор 11 измерительных импульсов вырабатывает импульсы с временным интервалом At„в течение которого напряжение источника технологического тока остается постоянным. При этом сигнал, вырабатываемый устройством 8 логического деления, в течение промежутка времени Лт должен быть усреднен. Время At задается таким образом, чтобы на величину приращени." сигнала, вырабатываемого дифференцирующим устройством, не оказывали влияние "быстрые" нестабильности процесса, такие как биение шлифовального круга и заготовок, неравномерностьприпуска обрабатываемых заготовок, а также разрыв между двумя обрабатываемыми заготовками. С другой стороны, "медленные" нестационарности процесса, связанные с изменением свойств и состава электролита, с затуплением или засаливан IBM шлифовального круга должны приводить к соответствующему изменению напряжения источника технологического тока, поэтому At выбирают заведомо меньшим, чем время прохождения этих изменений. Далее сигнал поступает в дифференцирующее устройство 9, которое отмечает положительное или отрицательное приращение сигнала за время At, проходящее между двумя последовательными импульсами, вырабатываемыми генераторами 14 измери° тельных импульсов.

В случае положительного приращения сигнала, вырабатываемого дифференцирующим устройством 9, устройство 10 не изменяет своего знака и на выходе и выдает в момент поступления измерительного MMпульса сигнал в источик 4 тока к последующему изменению напряжения, при этом

5 изменение напряжения источника 4 может быть дискретным с величиной шага AU, выбираемым в зависимости от заданной точности поддержния потенциала. В случае отрицательного приращения отношения

10 1 чИ устройство 10 меняет знак управляющего импульса на противоположный, вследствие чего источник 4 тока изменяет напряжение в направлении, обратном по отношению к предыдущему шагу.

15 При достижении предельных напряжеНИй Umax ИЛИ UmIn, ДатЧИК 5 йаПРЯжЕНИЯ выдает сигнал на логическое устройство 10.

В этом слУчае пРи Достижении Uml> УстРойство 10 всегда выдает на источник 4 тока

20 отрицательный импульс, а при достижении

Um — всегда положительный, Величина показателя степени подбирается во время настройки системы автоматического регулирования и при автоматической работе си25 стемы остается неизменной.

Для пояснения принципа работы по предлагаемому способу необходимо проследить связь между величиной высокочастотной составляющей технологического

30 тока и физико-механическими свойствами материала обрабатываемых заготовок.

Для этого рассмотрим модель электрохимического шлифования, в которой принимается, что основной вклад в величину

35 высокочастотной составляющей технологического тока вносят кратковременные электрические замыкания между материалом обрабатываемой заготовки и связкой шлифовального круга, включая и сопровождаю40 щие электрические замыкания электроэрозионные явления.

Вероятность этих электрических замыканий определяется глубиной залегания связки круга относительно наиболее высту45 пающих абразивных зерен, а также вероятностью проникновения частиц обрабатываемого материала, электрически связанных с основным объемом обрабатываемой заготовки, на глубину залегания

50 связки круга. Последняя вероятность может быть определена как вероятность того, что бесконечно малая частица обрабатываемого материала не будет срезана абразивными зернами в процессе ее проникновения

55 на глубину залегания связки круга. Эта вероятность зависит от формы абразивных зерен, их расположения, концентрации, а также коэффициента стружкообразования, численно равного вероятности среза части1590237

15

35

45

55 цы материала при ее встрече с абразивным зерном, В то же время существует связь между коэффициентом стружкообразования и пластическими свойствами обрабатываемого материала. Так для хрупких и твердых материалов коэффициент стр/жкообразования близок единице, а при обработке пластических и вязких материалов коэффициент стружкообразования в зависимости от толщины слоя, срезаемого единичным зерном, может изменяться от 0,2 до 0,8. Та часть материала срезаемого слоя, которая не удаляется в стружку, вытесняется абразивным зерном в стороны, образуя навалы по бокам царапины.

Таким образом, увеличение пластичности обрабатываемого материала в результате действия адсорбционных л химикомеханических эффектов приводит к увеличению вероятности электрических замыканий между обрабатываемым материалом и связкой шлифовального круга, Поэтому при электрохимическом шлифовании величина высокочастотной .составляющей технологического тока непосредственно связана с величиной коэффициента стружкообразования, который отражает пластические свойства обрабатываемого материала, Вследствие этого при обработке сплавов типа ВК8, Р18 и других твердых материалов оптимальное напряжение, при котором происходит пластифицирование сплава и снижение его твердости, может быть найдено по вероятности возникновения электрических замыканий, что отражается на величине высокочастотной составляющей технологического 1ока.

В общей случае величина высокочастотной составляющей технологического тока зависиг не только от вероятности возникновения электрических замыканий, но и от величины тока короткого замыкания источника технологического тока, который в свою очередь зависит от емкостного или индукционного характера внутреннего сопротивления технологического тока. Вследствие этого, для выявления режима, при котором происходит пластифицирование сплава, следует в качестве параметра регулирования взять не величину высокочастотной составляющей технологического тока, а ее отношение к величине технологического напряжения, Кроме того, надо учитывать, что с увеличением напряжения повышается вероятность электрических пробоев электролитов, которые также вносят свой вклад в величину высокочастотной составляющей.

Вследствие этого в качестве параметра регулирования выбрано отношение величины высокочастотной составляющей технологического тока к величине технологического напряжения, возведенного в cTenexb Величину v выбирают в зависимости от обрабатываемого материала в диапазоне

1,1 — 1,5. При этом для твердых и хрупких материалов берут значение, близкое к 1,1, а для пластичных материалов значение v может достигать 1,5.

На фиг. 2 показаны графики величины вч/U при различных значениях показате V ля степени v в зависимости от величины технологического напряжения, при шлифовании образцов ВКЗ в электролите (8 йаМОз+ 2 g, NaNOz+ вода) кругом А1А зернистостью 1бЗ/125 и концентрацией

100 при скорости врезания 10 мм/мин.

Из графиков видно, что при v= 0 максимума функции IB4/Î не существует. В то же V время для т А1 наблюдается четко выраженный максимум при напряжении 4,5 В. Вместе с тем наблюдается увеличение величины

I,„/Uvnpv напряжениях 10 — 12 В, связанное с электроэрозионными явлениями. Для v= 2 максимум функции (,„/U1 становится более отчетливым, а рост функции в интервале напряжений 10 — 12 В с увеличением напряжения не наблюдается. Тем не менее выбор величиныт больше 1,1 — 1,5 может приводить к смещению максимума функции Ie

v в сторону меньших напряжений по отноше-. нию к напряжению, при котором максимальна вероятность электрических замыканий, Вследствие этого указанный диапазон v следует считать оптимальным, При длительной работе по предлагаемому способу возможны следующие случаи.

Если скорость износа алмазных зерен превышает скорость износа связки шлифовального круга, то с течением времени глубина залегания связки может уменьшаться, В этом случае влияние коэффициента стружкообразования на величину высокочастотной составляющей также уменьшается. В то же время, из-за уменьшения межэлектродного зазора, вероятность электроэрозионных явлений возрастает, что приводит к автоматическому переходу системы с режима работы на оптимальном напряжении на режим работы с максимально допустимым напряжением вследствие исчезновения максимума на кривой функции I>

1590237

8 приводит к тому, что система автоматически возвращает напряжение источника тока на оптимальный режим работы.

В случае, когда скорость износа связки равна или меньше скорости износа алмазов 5 . система автоматически поддерживает оптимальный режим работы.

Из описания работы системы автоматического регулирования следует, что макси-! мально допустимое напряжение можно 10 выбирать достаточно большим. Единственным ограничением при выборе максимального напряжения является ухудшение качества поверхности, вызываемое интенсивными электроэроэионными разрядами, 15

Таким образом, изобретение позволяет автоматически выбирать напряжение, соответствующее режиму шлифования с наименьшей твердостью поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, а следователь- 20 но, и с наименьшими силами шлифования и износом шлифовальных кругов. Кроме того, автоматический переход на режим позволя ет восстанавливать режущие свойства шлифовального. круга, поддерживая величину 25

1 заглубления связки круга, относительно наиболее выступающих зерен на постоянном уровне.

Были проведенй эксперименты по шлифованию профильных роликов (сплав ВК8). 30

Шлифование производили на бесцентровошлифовальном станке 3М182 при постоянной величине припуска на обработку, равной 0,8 мм, на диаметр ролика..Эксперименты показали, что шлифование при напряжении источника 6,5 B приводит к износу шлифовального круга, в 2,5 раза превышающему, чем при напряжении, выбираемом по максимуму функции 1 ч/О . При У этом укаэанный максимум изменяется в процессе шлифования вследствие изменения рН электролита и величины межэлектродного промежутка, вызываемого затуплением алмазных зерен, от 3,5 до 6,5 В, Отмечено также снижение сил шлифования в 1,3-1,5 раза, что позволяет повысить скорость врезания и тем самым производительность обработки, Формула изобретения

Способ электрохимического шлифования, при котором обработку ведут с регулированием напряжения источника постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности обработки эа счет снижения сил резания, в процессе обработки измеряют амплитуду высокочастотной составляющей технологического тока, определяют отношение измеренной величины к величине напряжения, возведенной в степень 1,1—

1,5, и поддерживают указанное отношение максимал ьным, 1590237

Редактор Н.Лазаренко

Заказ 2601 Тираж 556 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ВЧ и

1 У Л Ф 1 б 7 8 У f0

Фиг.g

Составитель Б.Кузнецов

Техред М. Моргентал Корректор В,Гирняк